JP4167519B2 - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents
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Description
【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、発光素子を収納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。
【0002】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子は、その輝度の向上により電光表示板等の表示装置に多用されるようになってきた。従来の発光素子収納用パッケージ(以下、パッケージともいう)の一例を図26に示す。同図に示すように、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)等から成る絶縁基体11の表面に縦横の並びに複数の凹部14を配列するとともに、凹部14内に搭載部12と配線層15を形成したパッケージの凹部14内に、発光素子13を収容して搭載部12に搭載するとともに配線層15にボンディングワイヤ16を介して電気的に接続することで、表示装置として構成される。そして、パッケージの凹部14内に収容された発光素子13に電力を印加し、所定の発光素子13を発光させることによって文字や画像が表示できるようになっている。
【0003】
また、発光素子13が発光する光が絶縁基体11を透過して隣接する凹部14に収容された発光素子13が発光する光と混色するのを防止するために、凹部14の内面にタングステン等のメタライズ層等から成る金属層17を形成している。また、発光素子13が発光する光を効率良く反射して、外部に放出するために金属層17の表面には、高反射率の金属層を被着していることもある。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−335627号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近時、表示装置は表示する文字や画像の解像度や鮮明度を向上させるためにパッケージの単位面積当たりの発光素子13の数が大幅に増大してきており、凹部14を多数形成させるようになってきている。このため、パッケージに多数の発光素子13を収容させた表示装置の場合、多数の発光素子13を発光させて作動させた際に一部の発光素子13が発光し続けることとなり、発光し続ける発光素子13の温度は90℃近くまで上昇し、表示装置全体の温度は60℃近くまで上昇する。このような温度上昇や温度降下に伴う熱膨張や熱収縮を繰り返すうちに、特に絶縁基体11の4隅の内部応力が集中しやすい場所において、クラックやひび割れが発生して構造的に劣化するとともに、発光素子13にも電気信号の誤動作が発生したり、発光素子13が破損してしまい、結果として表示装置の寿命が短くなるという問題点があった。
【0006】
また、発光素子13の発する熱により凹部14の内面に被着した金属層17が剥がれてしまい、発光素子13の発光する光が隣接する凹部14に収容された発光素子13が発光する光と混色したり、外部に向けて効率良く放射することができなくな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、絶縁基体の放熱効果を高めて発光素子の発する熱を効率よく放散させることによって、長期にわたって使用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】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための複数の凹部が縦横の並びに配列された発光素子収納用パッケージであって、前記絶縁基体の上面または下面のそれぞれの前記凹部の周囲の部位に、前記凹部の外周に沿って溝が形成されているとともに、該溝の内面に前記発光素子の発光する光を遮断する光遮断層が被着されていることを特徴とする。
【0009】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための複数の凹部が縦横の並びに配列されたものであって、絶縁基体の上面または下面のそれぞれの凹部の周囲の部位に、凹部の外周に沿って溝が形成されていることから、絶縁基体の上面または下面に形成された溝を空気が通ることとなり、絶縁基体の放熱効果が高まって発光素子の発する熱を効率よく放散することができるとともに、凹部の内面に被着した金属層が剥がれるのを有効に防止することができる。従って、長期にわたって使用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とすることができる。
【0011】
さらに、溝はその内面に隣接する凹部間で発光素子の発光する光を遮断する光遮断層が被着されていることから、溝を形成することにより厚みが薄くなった絶縁基体を発光素子の光の一部が透過することが可能な場合であっても、絶縁基体を透過してきた光は光遮断層で遮断または反射されるので、絶縁基体を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができる。また、隣接する発光素子同士の光が混色することを防ぐこともできる。
【0012】
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、前記複数の凹部のそれぞれに収容された発光素子と、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。
【0013】
本発明の発光装置は、上記の構成により、放熱性が高く金属層の剥がれが防止される信頼性の高いものとなる。
【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について以下に詳細に説明する。図1は本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す要部断面図であり、図2は図1のパッケージの平面図である。これらの図において、1は絶縁基体、2は搭載部、3は発光素子、4は発光素子3を収容する凹部であり、主にこれらでパッケージが構成されている。
【0015】
本発明のパッケージは、絶縁基体1の上面に発光素子3を収容するための複数の凹部4が縦横の並びに配列されたものであって、絶縁基体1の上面または下面のそれぞれの凹部4の周囲の部位に、凹部4の外周に沿って溝8が形成されている。
【0016】
本発明の絶縁基体1は、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等の焼結体(セラミックス)からなり、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、カルシア(CaO)、マグネシア(MgO)等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となし、これを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あり、以下、グリーンシートともいう)を得、しかる後、グリーンシートに凹部4用の貫通孔を打ち抜き加工で形成して、発光素子3を搭載するためのグリーンシートと凹部4用の貫通孔が形成されたグリーンシートとを複数枚積層し、高温(約1600℃)で焼成することによって製作される。
【0017】
また、凹部4の底面には発光素子3を搭載するための導体層から成る搭載部2が形成されており、搭載部2はタングステン(W),モリブデン(Mo),銅(Cu),銀(Ag)等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【0018】
また絶縁基体1は、搭載部2およびその周辺から絶縁基体1の外部にかけて一対の配線層5a,5bが被着形成されている。配線層5a,5bは、WやMo等の金属粉末のメタライズ層から成り、凹部4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である。そして、搭載部2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、配線層5bには発光素子3の電極がボンディングワイヤ6を介して電気的に接続されている。そして、絶縁基体1下面の配線層5a,5bが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子3の各電極と電気的に接続され、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2および配線層5bにフリップチップ実装により接続されても構わない。
【0019】
配線層5a,5bは、例えばタングステン,モリブデン,マンガン等の高融点金属粉末から成り、例えばタングステンの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絶縁基体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、絶縁基体1の所定位置に被着形成される。
【0020】
なお、配線層5a,5bおよび搭載部2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、配線層5a,5bおよび搭載部2が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部2と発光素子3との固着および配線層5bとボンディングワイヤ6との接続、配線層5a,5bと外部電気回路基板の配線導体との接続を強固にすることができる。従って、配線層5a,5bおよび搭載部2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】
さらに、絶縁基体1の凹部4の内面には、発光素子3が発光する光が隣接する凹部4内に漏洩して表示装置として表示される文字や画像に滲みが発生するのを防止するとともに、発光素子3が発光する光を凹部4内の内面で反射させて、良好な表示装置とするために金属層7が被着形成されているのがよい。この金属層7は、タングステンやモリブデン−マンガン等のメタライズ層等から成り、例えばタングステンやモリブデン−マンガン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絶縁基体1と成るグリーンシートに予めスクリーン印刷等により印刷塗布しておくことによって、絶縁基体1の凹部4の内面に被着形成される。
【0022】
また金属層7は、その表面に光を反射し易い金属をメッキ法等により被着させるのがよく、この場合、発光素子3の発光する光を金属層7で反射して外部に効率良く放射することができるので、発光素子3を発光させて表示装置として作動させた場合、表示される文字や画像を極めて鮮明なものとすることができる。このため、金属層7の表面に反射率が80%以上である金属を被着させておくことが好ましい。このような金属としては、Ni,Au,Ag等があり、これらの金属を被着させることにより発光素子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、凹部4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】
また、金属層7がNi,Au,Ag等の高反射率の金属を被着したものであっても良い。
【0024】
また、凹部4の内面は、傾斜面になっているとともに凹部4の底面から絶縁基体1の上面に対して35〜70°の角度で外側に広がっていることが好ましい。角度θが70°を超えると、凹部4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θが35°未満であると、凹部2の内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、凹部4が大型化し、隣接する凹部4との間隔が広くなるために、発光装置として表示される文字や画像の解像度が低下して鮮明なものとすることができなくなる。
【0025】
また、凹部4の内面の金属層7の表面の算術平均粗さRaは1〜3μmが好ましい。1μm未満であると、凹部4内に収容される発光素子3が発光する光を均一に反射させることが難しくなり、反射する光の強さに偏りが発生し易くなる。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、凹部4は、その断面形状が円形状であることが好ましい。この場合、凹部4に収容される発光素子3が発光する光を凹部4の内面の金属層7で全方向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という利点がある。
【0027】
そして、本発明においては、溝8は、絶縁基体1の上面または下面のそれぞれの凹部4の周囲の部位に、凹部4の外周に沿って形成されている。溝8内を空気が通過することにより、凹部4に収容された発光素子3が発する熱を良好に放散することができるとともに、凹部4内で金属層7が剥がれるのを有効に防止することができる。従って、パッケージを長期にわたって発光装置として使用することができる。
【0028】
このような溝8は、絶縁基体1となる一部のグリーンシートに溝8となる貫通孔を形成することで設けることができる。また、複数のグリーンシートを積層して成るグリーンシート積層体に、カッター刃等を用いて切り込みを入れ、溝8を形成する方法等もある。
【0029】
また、溝8の内面に溝幅の1/2未満の高さの凹凸を形成することで、溝8の内面の表面積を増大させて放熱効果を高めることができる。凹凸の高さを溝幅の1/2よりも大きくすると、空気が溝を通りにくくなる。このような内面に凹凸が形成された溝8は、溝幅の異なるグリーンシートを複数枚積層したり、グリーンシートに凹凸形状の金型等で外部から押圧することによって形成することができる。
【0030】
図3〜図7に本発明の実施の形態の他の例を示す。これらの図に示すように、溝8を形成する方向や長さは特に限定されるものではないが、凹部4の横断面形状が四角形の場合、図3に示すように、凹部4の対向する一対の辺に沿って溝8を形成してもよい。また、図4に示すように、凹部4の各辺に沿って溝8が形成されていてもよい。図5に示すように、凹部4の対向する一対の辺に沿っているとともに複数の凹部4にわたる溝8を形成してもよい。図6に示すように、凹部4の各辺に沿っているとともに複数の凹部4にわたる溝8を形成してもよい。図7に示すように、図6の溝8を絶縁基体1の側面に延出させても良い。また、図2〜図7を組み合わせても良く、例えば図8に示すように、図3のものと図5のものとを組み合わせて、凹部4の対向する一対の辺に沿って溝8を形成するとともに、凹部4の他の対向する一対の辺に沿って溝8を複数の凹部4にわたって形成してもよい。
【0031】
また、図9に本発明のパッケージについて実施の形態の他の例の要部断面図を示す。図9は、絶縁基体1の下面に溝8を形成したパッケージである。そして、図10〜図12は、絶縁基体1の下面に溝8を形成したパッケージについて実施の形態の各種例を示す平面図である。溝8は、絶縁基体1の上面に形成した場合と同様の構成で形成することができ、図10は図4に、図11は図6に、図12は図7にそれぞれ対応する。これらの場合、絶縁基体1の下面には凹部4が形成されていないので、溝8の幅を広くして放熱効果を高めることができる。
【0032】
また、図13に要部断面図、図14,図15に平面図で示すように、溝8を絶縁基体1の上面および下面に形成しても良い。図16に要部断面図、図17〜図19に平面図で示すように、溝8は、絶縁基体1の上面から下面にかけて貫通して形成しても構わない。この場合、配線層5a,5bが遮断されないように溝8を形成することが必要である。また、図20に示すように、溝8は内寸法が上側と下側とで異なっていたり、途中に段差が形成されていても良い。
【0033】
また、図21に示すように、凹部4の横断面形状が円形であって、凹部4の周囲の溝8全体の平面視形状が四角形である構成であってもよい。図22に示すように、凹部4の横断面形状が円形であって、凹部4の周囲の溝8全体の平面視形状が同心状に形成された円形であってもよい。
【0034】
また、図23に示すように、溝8の内面に隣接する凹部4間で発光素子3の発光する光を遮断する光遮断層9が被着されている。この場合、光遮断層9は、凹部4の底面の搭載部2,配線層5a,5bと凹部4の内面の金属層7との間の絶縁基体1が露出した領域R2と少なくとも重なるように配置されている。これにより、領域R2から絶縁基体1に侵入し透過した一部の光は、領域R2を覆う光遮断層9によって遮断または反射され、光が絶縁基体1から外部に漏れ出るのを防ぐことができる。
【0035】
この場合、領域R2から絶縁基体1に侵入する光は、凹部4の側面に直交しない方向(斜め方向)の成分もあるため、凹部4の側面の絶縁基体1が露出していない領域R1をも光遮断層9で覆うことにより、斜め方向の光を遮断または反射することができる。このように、光遮断層9は広い領域に被着されていることがよく、上記の斜め方向の光を効果的に遮断または反射して外部に漏洩するのをより有効に防ぐことができる。
【0036】
光遮断層9は、例えばタングステン,モリブデン,マンガン,銅,銀等の金属粉末から成り、タングステンの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絶縁基体1となるグリーンシートの溝8の内面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、絶縁基体1の所定位置に5〜30μm程度の厚みで被着形成される。
【0037】
また光遮断層9は、その表面にNi,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、光遮断層9が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、凹部4の内面が露出した領域R2から侵入し絶縁基体1を透過した光を良好に遮断または反射することができ、光が外部に漏洩するのを有効に防ぐことができる。従って、光遮断層9の表面には、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。
【0038】
なお、光遮断層9はタングステン,モリブデン,マンガン,銅,銀,アルミニウム等から成る金属層を蒸着法等にて形成してもよい。また、メタライズ層のかわりに、黒色等の染料や顔料を含む暗色系の樹脂ペーストから成っていてもよく、凹部4の内面が露出した領域R2から侵入し絶縁基体1を透過した光を良好に吸収して遮断することができる。さらに、溝8の内面を覆うような板状や箱状の金属部材等を溝8内に装着してもよい。また、光遮断層9は、Cu−Wの合金等の放熱効果の高いものから成っていたり、表面に凹凸を形成してより放熱効果を高くしてもよい。
【0039】
また、図24に示すように、溝8を絶縁基体1の下面からR2の側方まで形成し内面に光遮断層9を被着しても良いし、図25に示すように、絶縁基体1の上面から下面にかけて貫通して形成し内面に光遮断層9を被着しても構わない。
【0040】
また、凹部4の内面や溝8が形成されていない絶縁基体1上面の部位にも光遮断層9を形成していても構わない。
【0041】
かくして、本発明のパッケージは、絶縁基体1の上面に発光素子3を収容するための複数の凹部4が縦横の並びに配列されたものであって、絶縁基体1の上面または下面のそれぞれの凹部4の周囲の部位に、凹部4の外周に沿って溝8が形成されていることから、絶縁基体1の溝8を空気が通ることとなり、発光素子3の発する熱を効率よく放散し、絶縁基体1の放熱効果を高めることができるとともに、凹部4の内面に被着した金属層7が剥がれるのを有効に防止できる。従って、長期にわたって表示装置として使用することができるパッケージとすることができる。
【0042】
また、本発明のパッケージは、溝8は、その内面に隣接する凹部4間で発光素子3の発光する光を遮断する光遮断層9が被着されていることから、溝8を形成することにより厚みが薄くなった絶縁基体1を発光素子3の光の一部が透過することが可能な場合であっても、絶縁基体1を透過してきた光は光遮断層9で遮断または反射されるので、絶縁基体1を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができる。また、隣接する発光素子同士の光が混色することを防ぐこともできる。
【0043】
また、本発明のパッケージは、絶縁基体1の凹部4の 底面に発光素子3を導電性の接着剤を介して取着し、発光素子3の一方の電極(下面の電極)を一方の配線層5aに電気的に接続するとともに、発光素子3の他方の電極をボンディングワイヤ6を介して他の配線層5bに電気的に接続し、しかる後、発光素子3を覆うように凹部4内にエポキシ樹脂等の透明樹脂を充填し、発光素子3を気密に封入することによって最終製品としての表示装置となる。
【0044】
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であれば種々の変更は可能である。
【0045】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための複数の凹部が縦横の並びに配列されたものであって、絶縁基体の上面または下面のそれぞれの凹部の周囲の部位に、凹部の外周に沿って溝が形成されていることから、絶縁基体の上面または下面に形成された溝を空気が通ることとなり、絶縁基体の放熱効果が高まって発光素子の発する熱を効率よく放散することができるとともに、凹部の内面に被着した金属層が剥がれるのを有効に防止することができる。従って、長期にわたって使用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とすることができる。
【0046】
さらに、溝はその内面に隣接する凹部間で発光素子の発光する光を遮断する光遮断層が被着されていることから、溝を形成することにより厚みが薄くなった絶縁基体を発光素子の光の一部が透過することが可能な場合であっても、絶縁基体を透過してきた光は光遮断層で遮断または反射されるので、絶縁基体を透過することによる光の損失を防いで光を効率良く外部へ放射することができる。また、隣接する発光素子同士の光が混色することを防ぐこともできる。
【0047】
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、複数の凹部のそれぞれに収容された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることにより、放熱性が高く金属層の剥がれが防止され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について実施の形態の一例を示す要部断面図である。
【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について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について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について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図6】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平面図である。
【図7】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平面図である。
【図8】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平面図である。
【図9】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要部断面図である。
【図10】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平面図である。
【図11】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平面図である。
【図12】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平面図である。
【図13】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要部断面図である。
【図14】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平面図である。
【図15】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平面図である。
【図16】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要部断面図である。
【図17】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平面図である。
【図18】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平面図である。
【図19】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平面図である。
【図20】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要部断面図である。
【図21】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平面図である。
【図22】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平面図である。
【図23】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要部断面図である。
【図24】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要部断面図である。
【図25】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要部断面図である。
【図26】従来の発光素子収納用パッケージの要部断面図である。
【符号の説明】
1:絶縁基体
3:発光素子
4:凹部
5a,5b:配線層
7:金属層
8:溝
9:光遮断層
Claims (2)
- 絶縁基体の上面に発光素子を収容するための複数の凹部が縦横の並びに配列された発光素子収納用パッケージであって、前記絶縁基体の上面または下面のそれぞれの前記凹部の周囲の部位に、前記凹部の外周に沿って溝が形成されているとともに、該溝の内面に前記発光素子の発光する光を遮断する光遮断層が被着され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、前記複数の凹部のそれぞれに収容された発光素子と、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。
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JP2003080129A JP4167519B2 (ja) | 2003-01-09 | 2003-03-24 | 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 |
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