JP4132038B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子を収納するための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）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８の断面図に示すように、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た一対のメタライズ配線導体14ａ，14ｂを有する基体11と、中央部に発光素子13を収容するための貫通穴12ａを有する枠体12とから主に構成されている。
【０００３】
そして、基体11の上面に形成されるとともに一方のメタライズ配線導体14ａが接続された搭載部11ａ上に、発光素子13を半田等の導電性接合材を介して固着するとともに、発光素子13の電極と他方のメタライズ配線導体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の貫通穴12ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子13を封止することによって、発光装置が作製される。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されて発光素子13へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
また、枠体12の貫通穴12ａの内周面で発光素子13の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、貫通穴12ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層16を被着させていることもある。
【０００５】
【特許文献１】
特開2002−232017号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、発光素子13が発する熱により、貫通穴12ａ内に充填された透明樹脂が、基体11、搭載部11ａ、枠体12、メタライズ配線導体14ａ，14ｂ、金属層16または発光素子13から剥がれて貫通穴12ａから透明樹脂が脱落しやすく、その結果、発光素子13およびボンディングワイヤ15が露出したり、露出後に発光素子13やボンディングワイヤ15がその接合部から剥がれたり、さらに、透明樹脂が貫通穴12ａから脱落した際に発光素子13やボンディングワイヤ15が引き剥がされるという問題点を有していた。
【０００７】
従って、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、透明樹脂を枠体の貫通穴内に強固に接着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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光装置は、発光素子と、上面に前記発光素子が搭載された搭載部を有する基体の上面に、前記発光素子が内側に収容された枠体を、前記搭載部を囲繞するように接合して成る発光素子収納用パッケージと、前記枠体の内側に前記溝よりも上側まで充填された透明樹脂と、を備え、前記枠体は、内周面の前記発光素子の上面よりも高い位置に、該位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差が形成されており、該段差の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の発光装置は、基体の上面に発光素子を内側に収容するように搭載部を囲繞して接合された枠体は、内周面の発光素子の上面よりも高い位置に、その位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差が形成されており、その段差の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝が形成されていることから、枠体の貫通穴内に発光素子を覆うように透明樹脂を充填した際に溝に透明樹脂が入り込んで強固に接着されることとなり、透明樹脂が貫通穴内の各部材から剥れるのを有効に抑制することができる。また、透明樹脂が、基体、搭載部、枠体、メタライズ配線導体、金属層、ボンディングワイヤまたは発光素子から剥がれたとしても、溝によって透明樹脂が枠体の貫通穴から抜けるのが有効に防止されるので、透明樹脂とともに発光素子やボンディングワイヤが接続部より剥がれて電気的接続が破壊されるのを有効に防止する。
【００１０】
本発明の発光装置おいて、好ましくは、溝は、発光素子の発光部と段差の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の発光装置は、好ましくは発光素子の発光部と段差の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることから、発光素子の発光する光が溝に直接照射されないので、発光素子の光の反射に与える影響を小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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、図２は図１の平面図である。これらの図において、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。
【００１５】
本発明のパッケージは、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を内側に収容する枠体２を搭載部１ａを囲繞するように接合して成るものであって、枠体２は、内周面の発光素子３の上面よりも高い位置に、位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差７が形成されており、段差７の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝８が形成されている。
【００１６】
なお、段差７は枠体２の内周面に全周にわたって形成されていてもよく、また、溝８も段差７の上側の部位の下端に全周にわたって形成されていてもよい。
【００１７】
本発明における基体１は、セラミックス，樹脂等の絶縁体から成る直方体状や四角平板状のものであり、セラミックスから成る場合、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り、発光素子３を支持する支持体であり、その上面の中央部に発光素子３を搭載する搭載部１ａを有している。基体１が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セラミックグリーンシート（セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう）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して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。
【００１８】
また、基体１は、搭載部１ａから下面にかけて導出されたメタライズ配線導体４ａおよび搭載部１ａの周辺から下面にかけて導出されたメタライズ配線導体４ｂが被着形成されている。搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末のメタライズ層から成り、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ための導電路として機能する。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（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）合金やＡｇ−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、メタライズ配線導体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ている。そして、基体１下面のメタライズ配線導体４ａ，４ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで、その配線導体と発光素子３の各電極とが電気的に接続され、発光素子３へ電力や駆動信号が供給される。また、発光素子３は、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ｂにフリップチップ実装されていても構わない。
【００１９】
搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、例えばＷやＭｏ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるグリーンシートに予め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。
【００２０】
なお、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出する表面に、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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との固着、メタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合、およびメタライズ配線導体４ａ，４ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出表面には、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めっき層とが、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されていることがより好ましい。
【００２１】
また、本発明の枠体２は、セラミックス，樹脂，金属等から成り、基体１の上面に、積層されて焼結一体化されて接合されたり、ろう材や樹脂接着剤等により接合されている。枠体２は、そ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穴２ａを有しており、この貫通穴２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。
【００２２】
また、枠体２の貫通穴２ａの内周面には、メタライズ金属層と、その上に被着された、発光素子３が発光する光に対する反射率が80％以上である金属めっき層とから成る金属層６が形成されていることが好ましい。この金属層６は、例えば、ＷやＭｏ等からなるメタライズ金属層上に、Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層を被着させて成り、これにより発光素子３が発光する光に対する反射率を80％以上とすることができる。発光素子３が発光する光に対する反射率が80％未満であると、貫通穴２ａ内に収容された発光素子３が発光する光を良好に反射することが困難となる。
【００２３】
本発明において、枠体２は、その内周面の発光素子３の上面よりも高い位置に、その位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差７が形成されており、段差７の上側の部位の下端に枠体２の外面に向かって溝８が形成されている。これにより、枠体２の貫通穴２ａ内に発光素子３および溝８を覆うように透明樹脂を充填した際に、溝８に透明樹脂が入り込んで貫通穴２ａに透明樹脂が強固に接着されることとなり、貫通穴２ａに充填された透明樹脂が貫通穴２ａ内の各部材から剥れるのを有効に抑制することができる。また、透明樹脂が、基体１、搭載部１ａ、枠体２、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、金属層６、ボンディングワイヤ５または発光素子３から剥がれたとしても、溝８によって透明樹脂が貫通穴２ａから抜けるのが有効に防止されるので、透明樹脂とともに発光素子３やボンディングワイヤ５が接続部より剥がれて電気的接続が破壊されるのを有効に防止する。
【００２４】
また、貫通穴２ａの内周面は、傾斜面となっているとともに、基体１の上面となす角度が35〜70°の角度で外側に広がっていることが好ましい。角度が70°を超えると、貫通穴２ａ内に収容された発光素子３が発光する光を外部に対して良好に反射することが困難となる傾向にある。一方、角度が35°未満であると、貫通穴２ａの内周面をそのような角度で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とともに、パッケージが大型化してしまう。
【００２５】
また、貫通穴２ａの内周面の金属層６の表面の算術平均粗さＲａは３μｍ以下が好ましい。３μｍを超えると、凹部４内に収容される発光素子３が発光する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【００２６】
また、枠体２の貫通穴２ａの横断面形状は、円形状、長円形状、楕円形状、四角形状、多角形状等の種々の形状で良いが、特に円形状が好ましい。この場合、貫通穴２ａに収容された発光素子３が発光する光を、貫通穴２ａの内周面に形成された金属層６の表面の金属めっき層でパッケージの上方に満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。
【００２７】
また、段差７の上側と下側で貫通穴２ａの横断面形状が異なっていても良いが、段差７の上側と下側とで貫通穴２ａの横断面形状が同じ形状であるとともに、全周にわたって段差７が形成されているのが好ましい。この場合、貫通穴２ａに収容された発光素子３が発光する光を、貫通穴２ａの内周面の金属層６表面の金属めっき層でパッケージの上方に満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。
【００２８】
また図２に示すように、溝８は、枠体２の内周面で段差７の上側の部位の下端に２つ対向するように形成されているが、３つ以上の複数形成しても良い。このように、溝８を部分的に複数形成する場合、それらの間隔（角度間隔）が等間隔であるのがよい。すなわち、溝８に透明樹脂が入り込むことから溝８の部分で透明樹脂の接着強度が大きくなっており、したがって接着強度が大きい溝８を等間隔で形成すると透明樹脂の接着強度に偏りが生じにくいため、透明樹脂が貫通穴２ａに全体的に強固に接着されることとなる。
【００２９】
また図３のパッケージの平面図に示すように、溝８は段差７の上側の部位の下端に全周にわたって形成されていても良い。この場合、透明樹脂の接着強度に偏りがまったく生じないため、透明樹脂が貫通穴２ａに全体的により強固に接着される。
【００３０】
また図４のパッケージの平面図に示すように、溝８は、枠体２の内周面の開口部よりも外側に、開口部よりも幅が広い幅広部を形成しても良い。この場合、貫通穴２ａ内に充填される透明樹脂は溝８の部位でより強固に接着されることとなる。
【００３１】
また、枠体２の貫通穴２ａの内周面の傾斜角度θ１，θ２を、段差７の上側と下側とで異なるようにしていてもよい。段差７よりも上側の貫通穴２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度θ２を、段差７よりも下側の枠体２の貫通穴２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度θ１よりも大きくすると、発光素子３が発光する光を一定の方向に集光して外部に均一かつ効率よく放射することができる。
【００３２】
また、段差７よりも上側の貫通穴２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度θ２を、段差７よりも下側の枠体２の貫通穴２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度θ１よりも小さくすると、発光素子３が発光する光を広領域の外部に均一かつ良好に放射することができる。
【００３３】
また本発明のパッケージにおいて、溝８は発光素子３の発光部と段差７の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることが好ましい。これにより、発光素子３の光が溝８に直接照射されることはないので、発光素子３の光の反射に与える影響が小さくなる。図５は、このような構成について示すものであり、発光部が発光素子３の上面に形成されている場合の要部拡大断面図である。同図において、仮想線Ａ−Ａ’は、発光素子３の発光部と段差７の下側の部位の上端とを結ぶ直線およびその延長線を示している。特に、仮想線Ａ−Ａ’は、基体１の上面とのなす角度が最も小さくなるとともに、段差７の上側の部位の最も低い位置を通過する、すなわち発光部の溝８から最も遠い部位と段差７の下側の部位の上端とを結ぶ線とするのが好ましい。
【００３４】
また、図６のパッケージの断面図に示すように、段差７の上面（基体１の上面に平行な面）にも金属層６を形成しても良い。これにより、平面視で段差８が暗部として認識されるのを防ぐことができる。また、溝８の内部にも金属層６を形成しても良い。
【００３５】
本発明における溝８の幅および上下方向の高さは0.01〜2.0ｍｍ程度がよい。0.01ｍｍ未満では、透明樹脂が溝８に入り込みにくくなる。2.0ｍｍを超えると、溝８より枠体２内部へ漏洩する光の量が大きくなってしまうとともに、溝８に金属層６を形成してもパッケージ上方に良好に反射しにくくなる。なお、光が枠体２内部へ漏洩するのは、枠体２が金属ではなくセラミックス等から成る場合である。
【００３６】
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、枠体２の内側に溝８よりも上側まで充填されるシリコーン樹脂等から成る透明樹脂とを具備している。これにより、透明樹脂が枠体２の貫通穴２ａから脱落するのを有効に防止し、透明樹脂を貫通穴２ａ内に強固に接着することができる。
【００３７】
なお、本発明は上述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施すことは何ら差し支えない。例えば、図７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、メタライズ配線導体４ａ，４ｂと発光素子３の電極とをボンディングワイヤ５ａ，５ｂ等で電気的に接続してもよい。また、貫通穴２ａの内周面の金属層６が、蒸着により被着されたものであっても良い。さらに、枠体２が金属製のものであったり、貫通穴２ａの内周面に金属製の枠状部材や枠状の金属板を被着していてもよい。この場合、枠体２自体の反射率が高いものとなり、金属層６が不要となるとともに、枠体２の放熱性が向上する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、基体の上面に発光素子を内側に収容するように搭載部を囲繞して接合された枠体は、内周面の発光素子の上面よりも高い位置に、その位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差が形成されており、その段差の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝が形成されていることから、枠体の貫通穴内に発光素子を覆うように透明樹脂を充填した際に溝に透明樹脂が入り込んで強固に接着されることとなり、透明樹脂が貫通穴内の各部材から剥れるのを有効に抑制することができる。また、透明樹脂が、基体、搭載部、枠体、メタライズ配線導体、金属層、ボンディングワイヤまたは発光素子から剥がれたとしても、溝によって透明樹脂が枠体の貫通穴から抜けるのが有効に防止されるので、透明樹脂とともに発光素子やボンディングワイヤが接続部より剥がれて電気的接続が破壊されるのを有効に防止する。
【００３９】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは発光素子の発光部と段差の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることから、発光素子の発光する光が溝に直接照射されないので、発光素子の光の反射に与える影響を小さくすることができる。
【００４０】
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、枠体の内側に溝よりも上側まで充填された透明樹脂とを具備していることにより、発光素子および溝を覆う透明樹脂が枠体の貫通穴から剥がれたり脱落するのを効果的に抑えることができる信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子収納用パッケージの平面図である。
【図３】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図４】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図７】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図８】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：貫通穴
３：発光素子
４ａ，４ｂ：メタライズ配線導体
７：段差
８：溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子を収納するための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）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８の断面図に示すように、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た一対のメタライズ配線導体14ａ，14ｂを有する基体11と、中央部に発光素子13を収容するための貫通穴12ａを有する枠体12とから主に構成されている。
【０００３】
そして、基体11の上面に形成されるとともに一方のメタライズ配線導体14ａが接続された搭載部11ａ上に、発光素子13を半田等の導電性接合材を介して固着するとともに、発光素子13の電極と他方のメタライズ配線導体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の貫通穴12ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子13を封止することによって、発光装置が作製される。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されて発光素子13へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
また、枠体12の貫通穴12ａの内周面で発光素子13の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、貫通穴12ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層16を被着させていることもある。
【０００５】
【特許文献１】
特開2002−232017号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、発光素子13が発する熱により、貫通穴12ａ内に充填された透明樹脂が、基体11、搭載部11ａ、枠体12、メタライズ配線導体14ａ，14ｂ、金属層16または発光素子13から剥がれて貫通穴12ａから透明樹脂が脱落しやすく、その結果、発光素子13およびボンディングワイヤ15が露出したり、露出後に発光素子13やボンディングワイヤ15がその接合部から剥がれたり、さらに、透明樹脂が貫通穴12ａから脱落した際に発光素子13やボンディングワイヤ15が引き剥がされるという問題点を有していた。
【０００７】
従って、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、透明樹脂を枠体の貫通穴内に強固に接着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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光装置は、発光素子と、上面に前記発光素子が搭載された搭載部を有する基体の上面に、前記発光素子が内側に収容された枠体を、前記搭載部を囲繞するように接合して成る発光素子収納用パッケージと、前記枠体の内側に前記溝よりも上側まで充填された透明樹脂と、を備え、前記枠体は、内周面の前記発光素子の上面よりも高い位置に、該位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差が形成されており、該段差の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の発光装置は、基体の上面に発光素子を内側に収容するように搭載部を囲繞して接合された枠体は、内周面の発光素子の上面よりも高い位置に、その位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差が形成されており、その段差の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝が形成されていることから、枠体の貫通穴内に発光素子を覆うように透明樹脂を充填した際に溝に透明樹脂が入り込んで強固に接着されることとなり、透明樹脂が貫通穴内の各部材から剥れるのを有効に抑制することができる。また、透明樹脂が、基体、搭載部、枠体、メタライズ配線導体、金属層、ボンディングワイヤまたは発光素子から剥がれたとしても、溝によって透明樹脂が枠体の貫通穴から抜けるのが有効に防止されるので、透明樹脂とともに発光素子やボンディングワイヤが接続部より剥がれて電気的接続が破壊されるのを有効に防止する。
【００１０】
本発明の発光装置おいて、好ましくは、溝は、発光素子の発光部と段差の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の発光装置は、好ましくは発光素子の発光部と段差の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることから、発光素子の発光する光が溝に直接照射されないので、発光素子の光の反射に与える影響を小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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、図２は図１の平面図である。これらの図において、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。
【００１５】
本発明のパッケージは、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を内側に収容する枠体２を搭載部１ａを囲繞するように接合して成るものであって、枠体２は、内周面の発光素子３の上面よりも高い位置に、位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差７が形成されており、段差７の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝８が形成されている。
【００１６】
なお、段差７は枠体２の内周面に全周にわたって形成されていてもよく、また、溝８も段差７の上側の部位の下端に全周にわたって形成されていてもよい。
【００１７】
本発明における基体１は、セラミックス，樹脂等の絶縁体から成る直方体状や四角平板状のものであり、セラミックスから成る場合、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り、発光素子３を支持する支持体であり、その上面の中央部に発光素子３を搭載する搭載部１ａを有している。基体１が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セラミックグリーンシート（セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう）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して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。
【００１８】
また、基体１は、搭載部１ａから下面にかけて導出されたメタライズ配線導体４ａおよび搭載部１ａの周辺から下面にかけて導出されたメタライズ配線導体４ｂが被着形成されている。搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末のメタライズ層から成り、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ための導電路として機能する。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（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）合金やＡｇ−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、メタライズ配線導体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ている。そして、基体１下面のメタライズ配線導体４ａ，４ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで、その配線導体と発光素子３の各電極とが電気的に接続され、発光素子３へ電力や駆動信号が供給される。また、発光素子３は、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ｂにフリップチップ実装されていても構わない。
【００１９】
搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂは、例えばＷやＭｏ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるグリーンシートに予め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。
【００２０】
なお、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出する表面に、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂ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との固着、メタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合、およびメタライズ配線導体４ａ，４ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出表面には、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めっき層とが、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されていることがより好ましい。
【００２１】
また、本発明の枠体２は、セラミックス，樹脂，金属等から成り、基体１の上面に、積層されて焼結一体化されて接合されたり、ろう材や樹脂接着剤等により接合されている。枠体２は、そ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穴２ａを有しており、この貫通穴２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。
【００２２】
また、枠体２の貫通穴２ａの内周面には、メタライズ金属層と、その上に被着された、発光素子３が発光する光に対する反射率が80％以上である金属めっき層とから成る金属層６が形成されていることが好ましい。この金属層６は、例えば、ＷやＭｏ等からなるメタライズ金属層上に、Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層を被着させて成り、これにより発光素子３が発光する光に対する反射率を80％以上とすることができる。発光素子３が発光する光に対する反射率が80％未満であると、貫通穴２ａ内に収容された発光素子３が発光する光を良好に反射することが困難となる。
【００２３】
本発明において、枠体２は、その内周面の発光素子３の上面よりも高い位置に、その位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差７が形成されており、段差７の上側の部位の下端に枠体２の外面に向かって溝８が形成されている。これにより、枠体２の貫通穴２ａ内に発光素子３および溝８を覆うように透明樹脂を充填した際に、溝８に透明樹脂が入り込んで貫通穴２ａに透明樹脂が強固に接着されることとなり、貫通穴２ａに充填された透明樹脂が貫通穴２ａ内の各部材から剥れるのを有効に抑制することができる。また、透明樹脂が、基体１、搭載部１ａ、枠体２、メタライズ配線導体４ａ，４ｂ、金属層６、ボンディングワイヤ５または発光素子３から剥がれたとしても、溝８によって透明樹脂が貫通穴２ａから抜けるのが有効に防止されるので、透明樹脂とともに発光素子３やボンディングワイヤ５が接続部より剥がれて電気的接続が破壊されるのを有効に防止する。
【００２４】
また、貫通穴２ａの内周面は、傾斜面となっているとともに、基体１の上面となす角度が35〜70°の角度で外側に広がっていることが好ましい。角度が70°を超えると、貫通穴２ａ内に収容された発光素子３が発光する光を外部に対して良好に反射することが困難となる傾向にある。一方、角度が35°未満であると、貫通穴２ａの内周面をそのような角度で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とともに、パッケージが大型化してしまう。
【００２５】
また、貫通穴２ａの内周面の金属層６の表面の算術平均粗さＲａは３μｍ以下が好ましい。３μｍを超えると、凹部４内に収容される発光素子３が発光する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【００２６】
また、枠体２の貫通穴２ａの横断面形状は、円形状、長円形状、楕円形状、四角形状、多角形状等の種々の形状で良いが、特に円形状が好ましい。この場合、貫通穴２ａに収容された発光素子３が発光する光を、貫通穴２ａの内周面に形成された金属層６の表面の金属めっき層でパッケージの上方に満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。
【００２７】
また、段差７の上側と下側で貫通穴２ａの横断面形状が異なっていても良いが、段差７の上側と下側とで貫通穴２ａの横断面形状が同じ形状であるとともに、全周にわたって段差７が形成されているのが好ましい。この場合、貫通穴２ａに収容された発光素子３が発光する光を、貫通穴２ａの内周面の金属層６表面の金属めっき層でパッケージの上方に満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。
【００２８】
また図２に示すように、溝８は、枠体２の内周面で段差７の上側の部位の下端に２つ対向するように形成されているが、３つ以上の複数形成しても良い。このように、溝８を部分的に複数形成する場合、それらの間隔（角度間隔）が等間隔であるのがよい。すなわち、溝８に透明樹脂が入り込むことから溝８の部分で透明樹脂の接着強度が大きくなっており、したがって接着強度が大きい溝８を等間隔で形成すると透明樹脂の接着強度に偏りが生じにくいため、透明樹脂が貫通穴２ａに全体的に強固に接着されることとなる。
【００２９】
また図３のパッケージの平面図に示すように、溝８は段差７の上側の部位の下端に全周にわたって形成されていても良い。この場合、透明樹脂の接着強度に偏りがまったく生じないため、透明樹脂が貫通穴２ａに全体的により強固に接着される。
【００３０】
また図４のパッケージの平面図に示すように、溝８は、枠体２の内周面の開口部よりも外側に、開口部よりも幅が広い幅広部を形成しても良い。この場合、貫通穴２ａ内に充填される透明樹脂は溝８の部位でより強固に接着されることとなる。
【００３１】
また、枠体２の貫通穴２ａの内周面の傾斜角度θ１，θ２を、段差７の上側と下側とで異なるようにしていてもよい。段差７よりも上側の貫通穴２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度θ２を、段差７よりも下側の枠体２の貫通穴２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度θ１よりも大きくすると、発光素子３が発光する光を一定の方向に集光して外部に均一かつ効率よく放射することができる。
【００３２】
また、段差７よりも上側の貫通穴２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度θ２を、段差７よりも下側の枠体２の貫通穴２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度θ１よりも小さくすると、発光素子３が発光する光を広領域の外部に均一かつ良好に放射することができる。
【００３３】
また本発明のパッケージにおいて、溝８は発光素子３の発光部と段差７の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることが好ましい。これにより、発光素子３の光が溝８に直接照射されることはないので、発光素子３の光の反射に与える影響が小さくなる。図５は、このような構成について示すものであり、発光部が発光素子３の上面に形成されている場合の要部拡大断面図である。同図において、仮想線Ａ−Ａ’は、発光素子３の発光部と段差７の下側の部位の上端とを結ぶ直線およびその延長線を示している。特に、仮想線Ａ−Ａ’は、基体１の上面とのなす角度が最も小さくなるとともに、段差７の上側の部位の最も低い位置を通過する、すなわち発光部の溝８から最も遠い部位と段差７の下側の部位の上端とを結ぶ線とするのが好ましい。
【００３４】
また、図６のパッケージの断面図に示すように、段差７の上面（基体１の上面に平行な面）にも金属層６を形成しても良い。これにより、平面視で段差８が暗部として認識されるのを防ぐことができる。また、溝８の内部にも金属層６を形成しても良い。
【００３５】
本発明における溝８の幅および上下方向の高さは0.01〜2.0ｍｍ程度がよい。0.01ｍｍ未満では、透明樹脂が溝８に入り込みにくくなる。2.0ｍｍを超えると、溝８より枠体２内部へ漏洩する光の量が大きくなってしまうとともに、溝８に金属層６を形成してもパッケージ上方に良好に反射しにくくなる。なお、光が枠体２内部へ漏洩するのは、枠体２が金属ではなくセラミックス等から成る場合である。
【００３６】
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、枠体２の内側に溝８よりも上側まで充填されるシリコーン樹脂等から成る透明樹脂とを具備している。これにより、透明樹脂が枠体２の貫通穴２ａから脱落するのを有効に防止し、透明樹脂を貫通穴２ａ内に強固に接着することができる。
【００３７】
なお、本発明は上述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施すことは何ら差し支えない。例えば、図７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、メタライズ配線導体４ａ，４ｂと発光素子３の電極とをボンディングワイヤ５ａ，５ｂ等で電気的に接続してもよい。また、貫通穴２ａの内周面の金属層６が、蒸着により被着されたものであっても良い。さらに、枠体２が金属製のものであったり、貫通穴２ａの内周面に金属製の枠状部材や枠状の金属板を被着していてもよい。この場合、枠体２自体の反射率が高いものとなり、金属層６が不要となるとともに、枠体２の放熱性が向上する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、基体の上面に発光素子を内側に収容するように搭載部を囲繞して接合された枠体は、内周面の発光素子の上面よりも高い位置に、その位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差が形成されており、その段差の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝が形成されていることから、枠体の貫通穴内に発光素子を覆うように透明樹脂を充填した際に溝に透明樹脂が入り込んで強固に接着されることとなり、透明樹脂が貫通穴内の各部材から剥れるのを有効に抑制することができる。また、透明樹脂が、基体、搭載部、枠体、メタライズ配線導体、金属層、ボンディングワイヤまたは発光素子から剥がれたとしても、溝によって透明樹脂が枠体の貫通穴から抜けるのが有効に防止されるので、透明樹脂とともに発光素子やボンディングワイヤが接続部より剥がれて電気的接続が破壊されるのを有効に防止する。
【００３９】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは発光素子の発光部と段差の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることから、発光素子の発光する光が溝に直接照射されないので、発光素子の光の反射に与える影響を小さくすることができる。
【００４０】
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、枠体の内側に溝よりも上側まで充填された透明樹脂とを具備していることにより、発光素子および溝を覆う透明樹脂が枠体の貫通穴から剥がれたり脱落するのを効果的に抑えることができる信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子収納用パッケージの平面図である。
【図３】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図４】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図７】本発明の発光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図８】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：貫通穴
３：発光素子
４ａ，４ｂ：メタライズ配線導体
７：段差
８：溝
Claims (2)
- 発光素子と、
上面に前記発光素子が搭載された搭載部を有する基体の上面に、前記発光素子が内側に収容された枠体を、前記搭載部を囲繞するように接合して成る発光素子収納用パッケージと、前記枠体の内側に前記溝よりも上側まで充填された透明樹脂と、を備え、
前記枠体は、内周面の前記発光素子の上面よりも高い位置に、該位置の下側よりも上側が内寸法が大きくなるように段差が形成されており、該段差の上側の部位の下端に枠体の外面に向かって溝が形成されていることを特徴とする発光装置。 - 前記溝は、前記発光素子の発光部と前記段差の下側の部位の上端とを結ぶ直線の延長線よりも下方に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
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