JP2010080465A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオード（ＬＥＤ）をパッケージに取り付ける構造で、品質の高い発光装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一対のパッケージ電極と、前記一方のパッケージ電極に載置された上下電極型発光ダイオード１１と、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極１２１と他方のパッケージ電極とが接続されている。前記パッケージ電極、上下電極型発光ダイオード、および金属部材１５との接合は、ハンダ１７，１７’によって接合される。前記金属部材は、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極と間をほぼ直線的に張架されて、互いに接続されている。前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と前記金属部材の接合部近傍、および上面電極型発光ダイオードの側部は、合成樹脂部材によって覆われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）をパッケージに取り付ける際に、前記発光ダイオードの電極とパッケージ電極との間を金属部材によって直線的に張架することにより、品質の高い発光装置に関するものである。

図２（イ）は従来の発光素子をパッケージに組み込んだ状態を説明するための上下電極型発光ダイオードを用いた発光装置の概略断面図、（ロ）は従来の発光装置の平面図、（ハ）は前記上下電極型発光ダイオードの断面図である。図２（イ）から（ハ）において、上下電極型発光ダイオード２１からなる発光装置２０は、第１の金属基板２２および第２の金属基板２４の間に絶縁部材２３が配置されて互いに絶縁されている。前記第１の金属基板２２および第２の金属基板２４は、セラミック基板上に互いに絶縁された導電膜を形成すること、あるいは、金属基板と導電膜を有するセラミック基板とすることもできる。

前記上下電極型発光ダイオード２１は、上部部分電極２２１と、下部電極２２７とを備えている。前記上部部分電極２２１は、中央部から光が照射し易くするために、たとえば、目の字状の開口部２２３を設けることもできる。下部電極２２７は、図示されていない発光層を挟んだ下部から導出される。前記上部部分電極２２１は、金属部材２５によって、第２の金属基板２４に、たとえば、ハンダペーストを載置した後、加熱されることによりハンダ接合されている。また、第１の金属基板２２は、前記上下電極型発光ダイオード２１の下部電極２２７に前記同様に、ハンダ接合されている。

前記金属部材２５は、電気抵抗が少なく、大電流を流すことができるとともに、放熱性が優れているだけでなく、形状を容易に変えることができるため、各電極の接合が容易にできる。

前記発光装置２０は、金属基板２２、２４、および絶縁部材２３の上に反射枠２６が、たとえば、熱硬化性接着剤等により接合されている。前記反射枠２６の前端部には、前記上下電極型発光ダイオード２１の間に空気層を介して蛍光体含有膜体２８が設けられている。前記蛍光体含有膜体２８は、空気層を介して上下電極型発光ダイオード２１から放射される紫外線を白色光に変換することがきるものであるが、所望の色の光を得たい場合、蛍光体を任意に選択することができる。

また、従来の発光ダイオードは、下部に下部電極、ｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層、上部部分電極が形成されている上下電極型発光ダイオードと、基板上に、バッファ層、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層が形成され、前記ｎ型およびｐ型半導体層の一部にそれぞれ電極が形成されている上面電極型発光ダイオードとがある。たとえば、特許第３７８５８２０号公報、特許第３３６９０８９号公報、または特許第３５１１９７０号公報に記載されている。
特許第３７８５８２０号公報 特許第３３６９０８９号公報 特許第３５１１９７０号公報

前記図２（イ）から（ハ）に示す上下電極型発光ダイオードは、上部部分電極２２１と金属基板２４とを金属部材２５によって電気的に接続している。前記金属部材２５は、図２（イ）および（ハ）によって判るように、折り曲げられた部分から構成されている。また、前記金属部材２５は、前記上部部分電極２２１と金属基板２４の接合部との距離の違いを吸収するために、湾曲した形状にする場合がある。前記形状の金属部材２５は、絶縁部材により充填していないため、作製中に何らかの原因により、なにかに触れることにより蛍光体含有膜体が変形して、金属部材２５に触れる場合があり、ショートによる不点灯が発生する原因になっていた。

さらに、前記金属部材２５は、前記上部部分電極２２１と金属基板２４の高さの相違により、湾曲する必要があった。前記湾曲した金属部材２５は、そのための工数の増加、あるいは湾曲部によるハンダ接合の不良が発生するという問題があった。また、金属部材の成形誤差を吸収するため、ハンダペーストを過剰量塗布し、金属部材を接合する必要があり、そのため、ハンダ接合時の加熱によりハンダが飛び散り、そのハンダ粒子によるショートが発生していた。

以上のような課題を解決するために、本発明は、金属部材を成形する工程、発光装置の作製中の事故を無くすとともに、接合部における接合品質を向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明の発光装置は、少なくとも一対のパッケージ電極が設けられたパッケージを用い、前記一方のパッケージ電極に上下電極型発光ダイオードを載置し、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極とが金属部材を介してハンダ接合されており、前記金属部材は、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極との間をほぼ直線的に張架するとともに、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と前記金属部材の接合部近傍を、硬化性部材で絶縁処理したことを特徴とする。

（第２発明）
第２発明の発光装置における金属部材は、金製リボン、あるいは、薄板状に成形された銅、ニッケル、アルミニウム、およびこれらの合金のいずれかに金、銀の少なくとも１種がメッキされているものであることを特徴とする。

（第３発明）
第３発明の発光装置は、反射枠と前記反射枠の凹部底面に少なくとも一対のパッケージ電極が設けられたパッケージと、前記反射枠の上面部に取り付けられ、空気層を介して上下電極型発光ダイオードから発光された紫外線ないし青色の光をほぼ白色光に変換する少なくとも一つの蛍光体を含有している蛍光体含有膜体とから少なくとも構成されていることを特徴とする。

（第４発明）
第４発明の発光装置における他方のパッケージ電極は、一方のパッケージ電極より前記上下電極型発光ダイオードのほぼ厚さに相当する分高く形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と、他方のパッケージ電極とを接続する金属部材をほぼ直線的に張架したため、金属部材の成形誤差が無く、接合面との角度が常に均一であるため、ハンダペーストが少量の一定量で接合できるので、ハンダペーストが飛び散ることも無く、遊離したハンダ粒子が発生しないので発光装置の品質を向上させることができる。

本発明によれば、上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と前記金属部材の接合部近傍を硬化性部材、たとえば、合成樹脂部材または金属酸化物膜によって絶縁処理しているので、金属部材の変形によるショートの発生を無くすことができる。

本発明によれば、上下電極型発光ダイオードの下部電極と一方の金属基板等あるいはパッケージ電極との接合、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と金属部材の一方の接合、および金属部材の他方とパッケージ電極、あるいは金属基板等の他方の接合が良好であるだけでなく、金属部材の面積を大きくしているため、接合強度の向上、放熱性の改善、良好な光の反射、および大きな電流を流すことができる。

本発明によれば、前記上下電極型発光ダイオードあるいは上面電極型発光ダイオードの電極とパッケージ電極との接続にワイヤボンドによる接合を用いないため、接合部から発光層に超音波振動が加わることがなく、マイクロクラックによる不良品の無い発光装置を得ることができる。

（第１発明）
第１発明の発光装置は、少なくとも一対のパッケージ電極と、前記一方のパッケージ電極に載置された上下電極型発光ダイオードと、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極とが接続されている。前記パッケージ電極、上下電極型発光ダイオード、および金属部材との接合は、ハンダによって接合される。前記金属部材は、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極と間をほぼ直線的に張架されて、互いに接続されている。

前記金属部材は、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極と間を、ほぼ直線的に張架することによってハンダ接合されている。前記金属部材は、ほぼ直線的に張架されているため、前記張架部分が湾曲して突出することがなく、作製工程中に、触れるおそれが少ない。前記ほぼ直線的に張架された金属部材は、接合面との角度が常に均一であるため、少量のハンダペーストで接合強度を安定させることができる。また、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と前記金属部材の接合部近傍を、硬化性部材で絶縁処理している。前記硬化性部材は、一液または２液の硬化性樹脂、例えばシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂系部材、金属アルコキシド系の金属酸化物部材を使用することができる。前記絶縁処理をすることにより、ハッケージの組み立て中や使用中の外部の力による金属部材の変形を緩和し、前記上下電極型発光ダイオードの活性層や下部半導体層との接触を防止することができ、また、前記上下電極型発光ダイオードの上面の発光面は、前記硬化性部材で殆ど覆われていないので、発光ダイオードの光を無駄にすることなく放出できるという効果がある。

（第２発明）
第２発明の発光装置は、金属部材を金製リボン、あるいは、薄板状に成形された銅、ニッケル、アルミニウム、およびこれらの合金の表面に、金、銀の少なくとも１種がメッキされる。前記金製またはメッキされた金属部材は、光の反射効率、放熱性、ハンダとの濡れ性の改善を同時に達成することができる。

（第３発明）
第３発明の発光装置は、第１発明または第２発明における一対のパッケージ電極、上下電極型発光ダイオード、金属部材、および反射枠と蛍光体含有膜体とから少なくとも構成されている。前記反射枠に取り付けられている蛍光体含有膜体は、前記上下電極型発光ダイオードから放射された光が前記蛍光体含有膜体によって所望の色の光となって出力される。前記上下電極型発光ダイオードは、窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードからなり、たとえば、青色ないし紫外線の波長の光を発光する場合、前記蛍光体含有膜体が前記青色ないし紫外光の波長の一部または全部を吸収して、白色光に変換する。前記発光ダイオードは、上下電極型発光ダイオードの代わりに、上面電極発光素子とすることもできる。

（第４発明）
第４発明の発光装置は、他方のパッケージ電極の高さが一方のパッケージ電極の高さより前記上下電極型発光ダイオードのほぼ厚さに相当する分高く成形されている。すなわち、前記上下電極型発光ダイオードの上部電極と他方のパッケージ電極の高かは、同じであり、金属部材をほぼ水平に設けることができる。

図１は本発明の実施例であり、上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極との間に張架された金属部材と上部部分電極との接合を説明するための図である。図１において、たとえば、金属基板（導電膜が形成された導電性基板も含む）１２および金属基板（導電性基板）１４は、互いに対向するように配置され、その間を絶縁部材１３によって絶縁している。また、前記金属基板１２は、上部に上下電極型発光ダイオード１１の下部電極が載置された、図示されていないが、たとえば、金−錫ハンダにより接合されている。

前記上下電極型発光ダイオード１１の上部に設けられている上部部分電極１２１と金属基板１４とは、ほぼ直線的に張架された金属部材１５がハンダ１７、１７′により接合されている。前記金属部材１５は、たとえば、短冊状をした金製リボン、あるいは銅、ニッケル、アルミニウム、およびこれらの合金の上に金および／または銀メッキが施されたリボン状の金属部材から構成されている。

前記金属部材１５は、ほぼ直線的に張架されているため、上下電極型発光ダイオード１１におけるにおける活性層や下部半導体層に接近している。そこで、前記金属部材１５は、前記上下電極型発光ダイオード１１の上部部分電極１２１との接合部近傍を２液熱硬化型シリコーン系樹脂からなる硬化性部材で絶縁処理している。前記金属部材１５は、前記上下電極型発光ダイオード１１の上部部分電極１２１の近傍で、上面電極型発光ダイオード１１の側面を合成樹脂部材１６によって覆っている。前記合成樹脂部材１６は、上下電極型発光ダイオードにおける活性層、あるいは下部半導体層と接近していても、ショート状態になるおそれがない。

なお、前記上面電極型発光ダイオード１１は、１．０ｍｍ×１．０ｍｍで、厚さが０．１ｍｍから０．１５ｍｍで、金属部材の長さが３．０ｍｍ程度の大きさである。このような大きさの上面電極型発光ダイオード１１は、硬化性部材１６により前記金属部材１５と活性層や下部半導体層との接触を防止するだけでなく、ほぼ直線状の張架を安定させることができる。また、他方のパッケージ電極の高さを前記上下電極型発光ダイオードの略厚み分高くすることにより、前記金属部材をほぼ水平に張架することができ、接触に対して有利になるので好ましい。前記硬化性部材１６は、合成樹脂部材の他に酸化珪素膜のような金属酸化物膜とすることができるだけでなく、前記上下電極型発光ダイオードの発光部を覆って発光量を減衰されないように設ける必要がある。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明の発光素子は、実施例として記載された形状以外の公知または周知のものを使用することができる。本発明のハンダは、公知または周知のものが使用される。発光ダイオードは、上面電極型発光ダイオードを採用することもできる。

図１は本発明の実施例であり、上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極との間に張架された金属部材と上部部分電極との接合を説明するための図である。（実施例１） （イ）は従来の発光素子をパッケージに組み込んだ状態を説明するための上下電極型発光ダイオードを用いた発光装置の概略断面図、（ロ）は従来の発光装置の平面図、（ハ）は前記上下電極型発光ダイオードの断面図である。

符号の説明

１１・・・上下電極型発光ダイオード
１２・・・金属基板（導電性基板）
１２１・・・上部部分電極
１３・・・絶縁部材
１４・・・金属基板
１５・・・金属部材
１６・・・合成樹脂部材
１７、１７′・・・ハンダ

Claims (4)

1. 少なくとも一対のパッケージ電極が設けられたパッケージを用い、前記一方のパッケージ電極に上下電極型発光ダイオードを載置し、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極とが金属部材を介してハンダ接合されている発光装置において、
   前記金属部材は、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と他方のパッケージ電極との間をほぼ直線的に張架するとともに、前記上下電極型発光ダイオードの上部部分電極と前記金属部材の接合部において、前記金属部材の接合部近傍を、硬化性部材で絶縁処理したことを特徴とする発光装置。
2. 前記金属部材は、金製リボン、あるいはリボン状に成形された銅、ニッケル、アルミニウム、およびこれらの合金のいずれかに金、銀の少なくとも１種がメッキされているものであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 反射枠と、前記反射枠の凹部底面に少なくとも一対のパッケージ電極が設けられたパッケージと、
   前記反射枠の上面部に取り付けられ、空気層を介して上下電極型発光ダイオードから発光された紫外線ないし青色の光をほぼ白色光に変換する少なくとも一つの蛍光体を含有している蛍光体含有膜体と、
   から少なくとも構成されてい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。
4. 前記他方のパッケージ電極は、一方のパッケージ電極より前記上下電極型発光ダイオードのほぼ厚さに相当する分高く形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された発光装置。

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