JP3964448B2 - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）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（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子を用いた発光装置は、今後さらなる低消費電力化や長寿命化がすすむものとして注目されており、近年種々の分野で使用され始めている。従来の例えば赤色から可視光を発光する発光素子を搭載する発光素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）の断面図を図２に示す。

図２に示すように、従来のパッケージ11は、各種樹脂やセラミックス等から成る基体12を有する。基体12には、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等を含む導体ペーストを高温で焼結し、その上面にメッキ法によりニッケル（Ｎｉ）メッキ層や金（Ａｕ）メッキ層を被着して成る配線導体13が形成されている。この配線導体13を介して外部電気回路からパッケージ内部に搭載された発光素子15に電力や駆動電流が供給できるようにされている。

また基体12は、その上面に、上下面を貫通する貫通孔を有する平面視形状が正方形状等で樹脂やセラミックス等から成る枠体14が設けられている。この枠体14は、基体12にエポキシ系樹脂接着剤16により接着される。

発光素子15は、基体12の上面の中央部に樹脂接着剤やＡｇペースト（Ａｇ粒子を含有する樹脂）によってダイボンドされており、発光素子15の電極は基体12に設けられた配線導体13とＡｕ製のボンディングワイヤにより電気的に接続される。

また、発光素子15を保護するために枠体14の内側に透明部材18が設けられる。この透明部材18は、枠体14の内側に発光素子15を覆うように熱硬化性のエポキシ樹脂などを充填し、加熱硬化させることにより設けられる。また、透明部材18は、発光素子15や基体12、枠体14と強固に密着して発光素子15をパッケージ11内に強固に固定する働きも有する。

さらに、枠体14の上面にガラス，サファイア等から成る透光性で板状の蓋体17が樹脂接着剤等で接着される。これにより、発光素子15を有する発光装置となる。

発光素子15およびその周囲には、発光素子15から発光する青色から紫外の光波長（350〜400ｎｍ）程度を白色等の可視光（400〜800ｎｍ）に変換するための液状の蛍光体19が、発光素子15を封止するように設けられている。これにより、発光素子15の光を可視光に変換することができる。

この発光装置は、外部電気回路から供給される駆動電流によって発光素子15が駆動され、可視光を発光するものとして使用される。その用途は、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，光プリンタヘッド等である。

近年、この発光装置を照明用として使用するようになってきており、高輝度および放熱性の点でより高特性の発光装置が要求されている。また、照明用に使用される場合、発光装置の長寿命化が特に重要な問題である。

そこで、最近は発光装置の発光輝度を向上させる構成が考えられており、枠体14をより反射率の高い材料で構成することが多い。例えば、枠体14をＡｇやアルミニウム（Ａｌ）からなる反射率の高い金属で形成したり、それらの金属を枠体14の表面に被着させて、発光素子15から発光する光を効率よくパッケージ11の外部へ放射させることが提案されている。
特開２００２−３４４０２９号公報

しかしながら、上記従来のパッケージ11では、発光素子15の光が紫外光を含む短波長の光（波長350〜400ｎｍ程度の青色から紫外の光）である場合、エポキシ系樹脂接着剤16の組織が紫外光によって劣化するという問題点があった。そして、時間が経つにつれ組織の劣化が進行し、基体12から枠体14が剥がれ、その隙間から液状の蛍光体19が漏れ出してしまい、発光素子15の光を可視光に変換できなくなるという問題点があった。

したがって、紫外光を含む短波長の光を発光する発光素子15を用いて液状の蛍光体19により短波長の光を可視光に変換する構成の従来のパッケージ11では、紫外光によるエポキシ系樹脂接着剤16の劣化が生じて発光の信頼性が低下するといった問題点があった。今後、照明等の用途に使用される場合、発光の信頼性は重要な問題である。このような紫外光を可視光に変換するタイプの発光装置に対しても、十分な発光の信頼性および安定した発光特性が求められている。

したがって、本発明はかかる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、紫外光を含む短波長の光を可視光に変換するタイプの発光装置において、基体と枠体とを接着する樹脂接着材の劣化を抑えて液状の蛍光体が漏れ出るのを長期にわたって防ぐことができる、信頼性に優れかつ発光特性が安定したパッケージおよび発光装置を提供することにある。

本発明は、紫外光を発生する発光素子が搭載される基体と、基体の発光素子が搭載される領域を囲んでいる枠体とを備えている。枠体は、アクリル系樹脂接着剤によって基体上に接合されている。アクリル系樹脂接着剤は、枠体の下面の外周部にのみ全周にわたって設けられている。

本発明は、アクリル系樹脂接着剤が枠体の下面の外周部にのみ全周にわたって設けられていることにより、樹脂接着剤の劣化による発光装置の光学特性の低下を低減させることができる。

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１について実施の形態の一例を示す断面図であり、２は基体、４は枠体であり、主としてこれらで発光素子５を収容するためのパッケージ１が構成されている。

本発明のパッケージは、上面の中央部に紫外光を含む光を発光する発光素子５を搭載する搭載部２ａを有するセラミックスから成る基体２と、基体２の上面の外周部に搭載部２ａを取り囲むように下面がアクリル系樹脂接着剤６により接着され、内周面が上側に向かって外側に広がるように傾斜した金属製の枠体４と、発光素子５を覆う液状の蛍光体９とを具備している。

本発明における基体２は、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等のセラミックスから成る四角形状の平板であり、発光素子５を支持するための支持部材であり、その上面の中央部に発光素子５を搭載するための搭載部２ａを有している。

また、基体２は、搭載部２ａおよびその周囲から下面にかけて導出されるメタライズ層から成る配線導体３が被着されている。配線導体３はＷ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末のメタライズ層から成り、パッケージ１内部に収容された発光素子５を外部に電気的に接続するための導電路として機能する。そして、搭載部２ａにはＬＥＤ，ＬＤ等の発光素子５がＡｕ−Ｓｉ（シリコン）合金やＡｇ−エポキシ樹脂等の導電性接合材で固着されるとともに、搭載部２ａ周囲の配線導体３には発光素子５の電極がボンディングワイヤを介して電気的に接続される。

なお、配線導体３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程度の厚みに被着させておくのがよく、配線導体３が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、配線導体３と発光素子５との接続および配線導体３とボンディングワイヤとの接続を強固にすることができる。したがって、配線導体３の露出表面には、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ことがより好ましい。

さらに、基体２の熱伝導率は10Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、10Ｗ／ｍ・Ｋ未満では、50ｍＡ以上の駆動電流を発光素子５に入力した際に発光素子５の表面温度が100℃以上に達し、発光素子５の寿命を短くするばかりではなく、発光素子５の光出力を上げるのが難しくなる。

金属から成る枠体４はＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ等の金属、これらの１種以上を含む合金、ステンレススチール等から成るのがよく、これらの金属は、発光素子５の光を高い反射率で反射させることができ、高輝度の発光装置を作製することができる。また、枠体４がＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成り、その表面にＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ等の高い反射率の金属層を形成してもよい。さらに、枠体４がＡｇ，Ｃｕ等の酸化により変色し易い金属から成る場合やＡｇ，Ｃｕ等の酸化により変色し易い金属層を形成したものである場合、その表面に透明樹脂層や透明樹脂シートを被着してもよい。

本発明において、アクリル系樹脂接着剤６は、Ａｇ，Ｐｔ等の金属粒子を含んでいることがよく、この場合、アクリル系樹脂接着剤６の放熱性が良好になり、発光素子５の熱を効率よく外部に放散でき、発光素子５の温度上昇を防止して発光素子５を常に正常かつ安定に作動させることができる。アクリル系樹脂接着剤６に含まれる金属粒子の含有率は85〜93重量％がよく、これにより放熱性がより大きくなる。85重量％未満では、アクリル系樹脂接着剤６の放熱性が低下しやすくなり、93重量％を超えると、接着強度が低下し易くなる。

また本発明において、枠体４は下面の外周部のみが全周にわたって基体２に接着されていることが好ましい。これにより、発光素子５の紫外光を含む光がアクリル系樹脂接着剤６に直接照射されるのを防いで、紫外光によるアクリル系樹脂接着剤６の劣化をより効果的に防ぐことができる。

また枠体４は、下面の内周部が全周にわたって突出部とされているとともに外周部が全周にわたって段差部とされており、その段差部にアクリル系樹脂接着剤６が溜まるようにして基体２に接着されていてもよい。また、枠体４の下面と側面との間が全周にわたって平面状，曲面状等の面取り部とされており、その面取り部にアクリル系樹脂接着剤６が溜まるようにして基体２に接着されていてもよい。

また枠体４は、その中央部に発光素子５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穴４ａを有しており、貫通穴４ａに発光素子５が収容されるとともに搭載部２ａに搭載される。この貫通穴４ａ（枠体４）の内周面は、算術平均粗さＲａが0.004〜４μｍであることがよく、これにより、貫通穴４ａの内周面で発光素子５の光を良好に反射させることができる。Ｒａが４μｍを超えると、貫通穴４ａに収容された発光素子５が発光する光を均一に反射させるのが困難となり、反射光の強さに偏りが発生しやすくなる。0.004μｍ未満では、そのような面を安定かつ効率よく形成することが困難となる傾向にある。

さらに、貫通穴４ａの内周面に厚さ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ことがよく、枠体４の耐腐食性が向上する。

また、貫通穴４ａはその横断面形状が円形状であるのがよく、貫通穴４ａ内に収容された発光素子５が発光する光を貫通穴４ａの内周面で万遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができる。

かくして、本発明のパッケージ１は、基体２の搭載部２ａに発光素子５を搭載するとともに発光素子５の電極と配線導体３とをボンディングワイヤを介して電気的に接続し、しかる後、発光素子５を覆うように液状の蛍光体９が設けられ、その上から透明樹脂等の透明部材８を設置することによって発光装置となる。透明部材８は、発光素子５を覆うシリコーン樹脂等の透明樹脂であってもよく、枠体４の上面に樹脂接着剤等で接着された、ガラス，サファイア等から成る平板状，レンズ状の透光性の蓋体７であってもよい。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障ない。

本発明の発光素子収納用パッケージは、上面の中央部に紫外光を含む光を発光する発光素子を搭載する搭載部を有するセラミックスから成る基体と、基体の上面の外周部に搭載部を取り囲むように下面がアクリル系樹脂接着剤により接着され、内周面が上側に向かって外側に広がるように傾斜した金属製の枠体と、発光素子を覆う液状の蛍光体とを具備していることから、基体と枠体とが紫外光によって劣化しにくいアクリル系樹脂接着剤を介して接合されていることにより、枠体の内側に設けられた液状の蛍光体が外部に漏れ出るのを防ぐことができる。その結果、発光の信頼性が高く安定した発光特性の発光装置を作製することができる。

本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくはアクリル系樹脂接着剤は金属粒子を含んでいることから、アクリル系樹脂接着剤の放熱性が良好になり、発光素子が発熱しても熱を効率よく外部に放散でき、発光素子の温度上昇を防止して発光素子を常に正常かつ安定に作動させることができる。

本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体は下面の外周部のみが全周にわたって基体に接着されていることから、発光素子の紫外光を含む光がアクリル系樹脂接着剤に直接照射されるのを防いで、紫外光によるアクリル系樹脂接着剤の劣化をより効果的に防ぐことができる。

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、搭載部に搭載された発光素子と、発光素子を覆う透明部材とを具備していることにより、紫外光を含む短波長の光を可視光に変換するタイプの発光装置において、発光の信頼性が高く安定した発光特性の発光装置となる。

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一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：発光素子収納用パッケージ
２：基体
２ａ：搭載部
４：枠体
５：発光素子
６：アクリル系樹脂接着剤
８：透明部材
９：蛍光体

Claims (4)

1. 紫外光を発生する発光素子が搭載される基体と、
   前記基体の前記発光素子が搭載される領域を囲んでおり、アクリル系樹脂接着剤によって前記基体上に接合された枠体とを備えており、
   前記アクリル系樹脂接着剤は、前記枠体の下面の外周部にのみ全周にわたって設けられていることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
2. 請求項１記載の発光素子収納用パッケージと、
   前記発光素子収納用パッケージの前記基体上に搭載された紫外光を発生する発光素子と、を備えた発光装置。
3. 前記発光素子を覆う透明部材をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記発光素子を覆う液状の蛍光体をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の発光装置。

Images