JP3905078B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子が搭載された発光装置に関するものである。

従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子15を収納するための発光素子収納用パッケージを図３に示す。図３において、発光素子収納用パッケージは、上面の中央部に発光素子15を搭載するための搭載部11ａを有し、搭載部11ａから基体の外面にかけて形成された、発光素子収納用パッケージの内外を電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線等からなる導体層17が形成された絶縁体からなる基体11と、基体11上面に接着固定され、上側開口が下側開口より大きい貫通孔12ａが形成されているとともに、内周面が発光素子15が発光する光を反射する反射面12ｂとされている枠状の反射部材12とから主に構成されている。

そして、この発光素子収納用パッケージの搭載部11ａに発光素子15を搭載するとともに発光素子15の電極（図示せず）を導体層17に電気的に接続し、反射部材12の内側に発光素子15を覆うように、発光素子15が発光する光を励起して長波長変換する蛍光体を含有した透明部材13を充填することにより発光装置となる。

この発光装置は、発光素子15から発光される近紫外光や青色光を透明部材13に含有された赤色、緑色、青色、黄色などの複数の蛍光体で波長変換して白色光を得ることができる。

基体11は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や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等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る。基体11がセラミックスから成る場合、その上面に導体層17がタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを高温で焼成して形成される。また、基体11が樹脂から成る場合、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成るリード端子がモールド成型されて基体11の内部に設置固定される。

また、反射部材12は、上側開口が下側開口より大きい貫通孔12ａが形成されるとともに内周面に光を反射する反射面12ｂが設けられた枠状となっている。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）やＦｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属、アルミナセラミックス等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成型または押し出し成型等の成形技術により形成される。

さらに、反射部材12の反射面12ｂは、貫通孔12ａの内周面を研磨して平坦化することにより、あるいは、貫通孔12ａの内周面にＡｌ等の金属を蒸着法やメッキ法により被着することにより、発光素子15からの光を効率よく反射可能なものとして形成される。そして、反射部材12は、半田，銀（Ａｇ）ロウ等の導電性接着材または樹脂接着材等の接合材により、搭載部11ａを反射部材12の内周面で取り囲むように基体11の上面に接合される。

発光素子15は、搭載部11ａに配置した導体層17に発光素子15の下面に設けられた電極を介して電気的に接続される。発光素子15の電極と導体層17とは、半田やＡｇペースト（Ａｇ粒子を含有する樹脂）等の導電性接着材18によって接合される。

透明部材13は、蛍光体を含有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂から成り、ディスペンサー等の注入機で発光素子15を覆うように反射部材12の内部に充填しオーブンで熱硬化させることにより形成され、発光素子15からの光を蛍光体により長波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出すことができる。

この発光装置は、外部電気回路（図示せず）から供給される電流電圧によって発光素子15を起動させ、可視光を発光し発光装置として使用される。その適応範囲は各種インジケーター、光センサー、ディスプレイ、ホトカプラ、バックライト光源や光プリントヘッドなどに利用される。

近年、上記の発光装置を照明用として利用する動きが増加しており、放射強度、放熱特性において、より高特性の発光装置が要求されている。また、発光素子を使用した発光装置においては長寿命性を期待するところも少なくない。
特開2003-37298号公報

しかしながら、上記従来の発光装置においては、搭載部11ａの導体層17に発光素子15を接合固定する際、導電性接着材18が導体層17をはみ出て拡がる等して、導電性接着材18の厚みがばらつきやすいため、発光素子15が傾いた状態で接合されやすいという問題点があった。発光素子15が傾いた状態で搭載部11ａに搭載されると、発光素子15から発光した光を反射部材12で所望の放射角度で反射させて外部へ良好に出射させることが困難となり、発光装置から発光する光の放射強度が低下するとともに輝度や演色性等の光特性が低下しやすいという問題点を有していた。

また、導体層17上に発光素子15を接合固定するための導電性接着材18の厚みがばらつくと、発光素子15から発生する熱を導電性接着材18および基体11を経由させて外部に効率よく放散させることが困難となる。その結果、発光素子15の温度が上昇し、発光素子15から発光する光の放射強度が低下しやすくなり、発光装置から発光する光の放射強度を安定に保つことができなくなるという問題点を有していた。

したがって、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、放射強度が高いとともに輝度や演色性等の光特性に優れた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である。

本発明の発光装置は、溝が、発光素子の外周より内側に位置しているとともに、導体層の上面が、絶縁基体の溝が形成された領域の外側領域における絶縁基体の上面より低い位置にあることを特徴とするものである。

本発明の発光装置は、溝が発光素子の外周より内側に位置しているとともに、導体層の上面が、絶縁基体の溝が形成された領域の外側領域における絶縁基体の上面より低い位置にあることにより、発光素子から放射された光が導電性接着材に吸収される可能性を低減させて、発光輝度の向上を図ることができる。

本発明の発光素子収納用パッケージおよび発光装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。この図において、１は基体、２は反射部材、３は透明部材、７は導体層、９は溝であり、主としてこれらで発光装置が構成される。

本発明の発光素子収納用パッケージは、上面の中央部に発光素子５の搭載部１ａを有する基体１と、基体１の上面の外周部に搭載部１ａを取り囲んで設けられた枠状の反射部材２と、搭載部１ａに形成された、発光素子５が導電性接着材８を介して電気的に接続される導体層７とを具備しており、基体１は、その上面の導体層７の周囲に溝９が形成されている。

本発明における基体１は、アルミナセラミックスや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等のセラミックス、または、エポキシ樹脂等の樹脂から成る。基体１は、上側主面に発光素子５を搭載する搭載部１ａを有している。

搭載部１ａには、発光素子５を基体１に搭載固定するとともに発光素子５が電気的に接続される導体層７が形成されている。この導体層７が基体１内部に形成された配線導体（図示せず）を介して発光装置の外表面に導出されており、この発光装置の外表面の導出部が外部電気回路基板に接続されることにより、発光素子５と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。

導体層７は、基体１がセラミックスから成る場合、その上面に導体層７がＷ，Ｍｏ−Ｍｎ，Ｃｕ，Ａｇ等から成る金属ペーストを高温で焼成して形成される。また、基体１が樹脂から成る場合、ＣｕやＦｅ−Ｎｉ合金等から成るリード端子がモールド成型されて基体１の内部に設置固定される。

また、基体１は、その上面の導体層７の周囲に溝９が形成されている。これにより、溝９によって導電性接着材８が搭載部１ａをはみ出て拡がることを有効に防止でき、搭載部１ａ上に導電性接着材８を均一に拡げて厚みを一定とし、発光素子５を搭載部１ａに水平に搭載させることができる。その結果、発光素子５から所望の出射角度で発光させ、発光素子５から発光した光を反射部材２で所望の放射角度で反射させて外部へ放射させることができ、発光装置から発光する光の放射強度を強いものとすることができるとともに輝度や演色性等の光特性を良好にすることができる。

また、搭載部１ａ上に導電性接着材８を均一に拡げ、発光素子５を搭載部１ａに水平に搭載させることができることによって、発光素子５から発生する熱をむらなく均一に導電性接着材８および基体１を経由させて外部に効率よく放散させることも可能となる。その結果、発光素子５の温度を常に安定に保ち、発光素子５から発光する光の放射強度を高い状態で安定に保つことができる。

このような溝９は、基体１がセラミックスから成る場合、基体１となるセラミックグリーンシートに予め打ち抜き加工を施すことによって、または基体１となるセラミック粉体を金型で加圧成型する際に金型に溝を設けておくことで形成される。基体１が樹脂から成る場合、溝９は基体１と同じ材質から成り、金型成型によって形成される。また、基体１の上面にレーザ加工や切削加工等を施すことにより溝９を形成してもよい。

なお、基体１の上面に形成された導体層７が１つである場合、溝９は導体層７の周囲に全周にわたって形成されているのが好ましい。これにより、導電性接着材８が搭載部１ａをはみ出て拡がるのをより有効に防止でき、搭載部１ａ上に導電性接着材８をより均一に拡げて厚みをより一定とすることができる。また、基体１の上面に形成された導体層７が複数である場合、これらの導体層７の集合体の外周に沿って全周にわたって溝９が形成されているのがよい。これにより、各導体層７上の導電性接着材８が搭載部１ａをはみ出て反射部材２に向かって濡れ広がるのを有効に防止でき、導電性接着材８の厚みを一定とすることができる。

また、図２に溝９の実施の形態の他の例を示す拡大断面図を示す。好ましくは図２に示すように、溝９の底面を導体層７と同様の材質から成る金属層９ａで覆うのがよい。これにより、溝９内での導電性接着材８の流れ性をさらに良好に保ち、溝９内に一定の量の導電性接着材８を精度良く溜めることができ、発光素子５を確実に水平に搭載させることができるようになる。また、発光素子５の電極から溝９の底面にかけて導電性接着材８の良好なメニスカスを形成することができ、発光素子５と基体１との接合強度を非常に高めることができる。

また、図４に示すように、溝９は、発光素子５の外周よりも内側に位置しているのがよい。これにより、発光素子５から発光される光が直接、導電性接着材８に照射されるのを有効に防止することができ、発光素子５から放射される光が導電性接着材８に吸収されて放射強度の低下、輝度や演色性の低下が生じるのを有効に防止することができ、放射強度が高く発光特性に優れた発光装置を提供することができる。

さらに、図５に示すように、溝９が発光素子５の外周よりも内側に位置しているとともに、導体層７の上面が基体１の上面よりも低くなっているのがよい。これにより、発光素子５の外周部と基体１の上面とを当接させることができ、発光素子５から放射される光が導電性接着材８に吸収されて放射強度の低下、輝度や演色性の低下が生じるのをきわめて有効に防止することができる。

発光素子５は、その下面に設けられた電極６がＡｇペースト，金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）半田等の導電性接着材８を介して接続される。

なお、導体層７は、その露出する表面に、ＮｉやＡｕ等の耐食性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚さで被着させておくのが良く、導体層７の酸化腐食を有効に防止し得るともに、発光素子５と導体層７との接続を強固にし得る。したがって、導体層７の露出表面には、例えば、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのがより好ましい。

また、基体１の上面には、反射部材２が半田やＡｇロウ等のロウ材、エポキシ樹脂等の接着剤等の接合材により取着される。反射部材２は、中央部に貫通孔２ａが形成されている。好ましくは、貫通孔２ａの内周面が発光素子５や蛍光体が発する光を効率よく反射する反射面２ｂとされているのがよい。

反射面２ｂは、反射部材２に対して切削加工や金型成形、研磨加工等を行なって光反射効率の高い滑らかな面とすることにより形成される。あるいは、貫通孔２ａの内周面に、例えば、メッキや蒸着等によりＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），Ｃｕ等の高反射率の金属薄膜を形成することにより反射面２ｂを形成してもよい。なお、反射面２ｂがＡｇやＣｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合には、その表面に、例えば厚さ１〜10μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのが良い。これにより反射面２ｂの耐腐食性が向上する。

また、反射面２ｂ表面の算術平均粗さＲａは、0.004〜４μｍであるのが良く、これにより、反射面２ｂが発光素子５や蛍光体の光を良好に反射し得る。Ｒａが４μｍを超えると、発光素子５の光を均一に反射させるのが困難になり、発光装置の内部で乱反射しやすくなる。一方、0.004μｍ未満では、そのような面を安定かつ効率良く形成することが困難となる傾向にある。

また、反射面２ｂは、例えば、縦断面形状が、上側に向かうにともなって外側に広がった図１に示すような直線状の傾斜面、上側に向かうにともなって外側に広がった曲面状の傾斜面、あるいは矩形状の面等の形状が挙げられる。

かくして、本発明の発光素子収納用パッケージは、発光素子５が搭載部１ａに搭載されるとともに導体層７に導電性接着材８を介して電気的に接続、発光素子５を透明部材３で覆うことによって、発光装置と成る。

本発明の透明部材３は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂から成る。透明部材３は、ディスペンサー等の注入機で発光素子５を覆うように反射部材２の内部に充填され、オーブン等で熱硬化される。

なお、透明部材３は、発光素子５の光を波長変換することのできる蛍光体を含有していてもよい。

また、透明部材３の上面は図１に示すように上に凸の形状になっているのがよい。これにより、発光素子５から種々の方向に発光された光が透明部材３を透過する行路長を近時させることができ、放射強度のむらが生じるのを有効に抑制できる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行なうことは何等支障ない。

例えば、放射強度の向上のために基体１に発光素子５を複数設けてしても良い。また反射面２ｂの角度や、反射面２ｂ上端から透明部材３の上面までの距離を任意に調整することも可能であり、これにより、補色域を設けることによりさらに良好な演色性を得ることができる。

本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。 従来の発光装置を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：搭載部
２：反射部材
３：透明部材
５：発光素子
７：導体層
８：導電性接着材
９：溝
９ａ：金属層

Claims (3)

1. 導体層が形成された上面を有しており、該上面の前記導体層の周囲の領域に溝を有する絶縁基体と、
   導電性接着材を介して前記導体層に電気的に接続されており、前記導体層および前記溝を覆うように前記絶縁基体上に搭載された発光素子とを備え、
   前記溝が、前記発光素子の外周より内側に位置しているとともに、
   前記導体層の上面が、前記絶縁基体の前記溝が形成された領域の外側領域における前記絶縁基体の前記上面より低い位置にあることを特徴とする発光装置。
2. 前記溝の底面が金属層で覆われていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記発光素子を覆う透明部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。

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