JP2004172577A

JP2004172577A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置

Info

Publication number: JP2004172577A
Application number: JP2003302200A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Tamaru; 日出和田丸; Yosuke Moriyama; 陽介森山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】発光素子の光が基体および枠体で吸収されるのを効果的に防止し、発光素子収納用パッケージの外部に良好に反射させて効率良く放射させること。
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する白色のセラミックスから成る略直方体の基体１と、基体１の上面に搭載部１ａを囲繞するように接合された白色のセラミックスから成る枠体２とを具備し、基体１は、厚みが0.8ｍｍ以上であり、かつ波長が400乃至700ｎｍの光の反射率が80％以上であり、枠体２は、内周面に表面の光の反射率が80％以上である金属層６が被着されている。
【選択図】図１

Description

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。

従来、発光ダイオード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（以下、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２に断面図で示すように、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14を有する略直方体や略四角形平板状のセラミック製の基体11と、その上面に積層され、中央部に発光素子13を収容するための貫通孔12ａを有する略四角枠状のセラミック製の枠体12とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

そして、基体11の上面の一方のメタライズ配線導体14が接続された搭載部11ａ上に発光素子13を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14とをボンディングワイヤ16を介して電気的に接続し、しかる後、枠体12の貫通孔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。これにより、発光素子13の発光する光をパッケージの外部（図１では上方）に放射することができる。

なお、この発光装置は多数個を互いに隣接するように配列されて使用されることから、上記セラミック製のパッケージにおいては、搭載部11ａに搭載された発光素子13が発する光が基体11および枠体12を透過して、隣接する発光装置同士の光が混色するのを有効に防止するために、基体11および枠体12に黒色のセラミックスから成るものを用いている。また、枠体12の貫通孔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、貫通孔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。
特開平2002−232017号公報

しかしながら、上記従来の発光素子収納用パッケージにおいては、基体11の搭載部11ａおよびメタライズ配線導体14と、枠体12の貫通孔12ａの内周面の金属層16との間には、電気的短絡を防止するためにセラミックスを露出させた露出領域を形成しているが、黒色のセラミックスを用いた場合、上記の露出領域により発光素子の光が吸収されてしまい、その結果、発光素子の光をパッケージの上方へ効率良く放射させることができないという問題点があった。

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、発光素子の光が基体および枠体で吸収されるのを効果的に防止し、パッケージの外部に良好に反射させて効率良く放射させることにより、発光装置の発光効率をきわめて高いものとすることができる発光素子収納用パッケージを提供することにある。

本発明の発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する白色のセラミックスから成る略直方体の基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲繞するように接合された白色のセラミックスから成る枠体とを具備しており、前記基体は、厚みが0.8ｍｍ以上であり、かつ波長が400乃至700ｎｍの光の反射率が80％以上であり、前記枠体は、内周面に表面の光の反射率が80％以上である金属層が被着されていることを特徴とする。

本発明の発光素子収納用パッケージは、白色のセラミックスから成る基体は、厚みが0.8ｍｍ以上であり、かつ波長が400乃至700ｎｍの光の反射率が80％以上であることから、発光素子が発する光を基体が吸収することなく、基体の表面で効率良く反射することができるので、発光素子が発光する光を発光素子収納用パッケージの外部に効率良く放射することができる。また、枠体は、内周面に表面の光の反射率が80％以上である金属層が被着されていることから、発光素子が発する光を金属層で効率良く反射して発光素子収納用パッケージの外部に効率良く放射することができる。従って、発光素子が発する光を発光素子収納用パッケージの外部にきわめて効率良く放射することができる。

本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことを特徴とする。

本発明の発光装置は、上記の構成により、発光効率が極めて高い高性能のものとなる。

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について実施の形態の一例を示す断面図であり、１は白色のセラミックスから成る基体、２は白色のセラミックスから成る枠体であり、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。

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を有する白色のセラミックスから成る略直方体の基体１と、基体１の上面に搭載部１ａを囲繞するように接合された白色のセラミックスから成る枠体２とを具備し、基体１は、厚みが0.8ｍｍ以上であり、かつ波長が400乃至700ｎｍの光の反射率が80％以上であり、枠体２は、内周面に表面の光（可視光）の反射率が80％以上である金属層６が被着されている。

本発明の基体１は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等の焼結体（セラミックス）から成る略直方体や略四角平板状のものであり、例えば基体１が酸化アルミニウム焼結体から成る場合、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＺｎＯ_２−ＣａＯ系等のセラミックスから成る。

基体１は、その厚みが0.8ｍｍ以上で、波長が400乃至700ｎｍの光の反射率が80％以上であるためには、基体１がＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＣａＯ系のセラミックスから成る場合、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が90〜99重量％、ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１〜10重量％であることが好ましい。ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が、１重量％未満では、Ａｌ_２Ｏ_３の焼結性が悪くなり、パッケージとしての十分な硬度が得られにくい。10重量％を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下してしまう。

また、ＳｉＯ_２はセラミックスの焼結性と密着性、ＭｇＯとＣａＯはセラミックスの焼結性と熱伝導性を高めるためにセラミックス中に含有されており、それぞれの効果を発揮するためにも、ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯのそれぞれが0.01重量％以上含有されることが好ましい。また、セラミックスの密度、機械的強度を高めるために上記セラミックス中にＺｒＯ_２を含有させても構わない。この場合、ＺｒＯ_２の含有量は0.01〜10重量％であることが好ましい。含有量が0.01重量％未満では、セラミックスの密度、機械的強度向上の効果が十分に発揮されない。10重量％を超えると、電気絶縁性が劣化する。また、ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯおよびＺｒＯ_２の合計の含有量は、多すぎると耐熱性、強度が損なわれるため10重量％以下であることが好ましい。

また、基体１が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体から成る場合、ＡｌＮ−Ｅｒ_２Ｏ_３系等のセラミックスから成り、基体１が厚みＺ（図１）が0.8ｍｍ以上で、波長が400乃至700ｎｍの光の反射率が80％以上であるためには、Ｅｒ_２Ｏ_３の含有量が窒化アルミニウム質焼結体の総重量に対して１〜10重量％であることが好ましい。Ｅｒ_２Ｏ_３の含有量が１重量％未満では、焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくい。10重量％を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下してしまうこととなる。

基体１の厚みは0.8ｍｍ以上に特定されるが、0.8ｍｍ未満の場合、発光素子３の波長が400〜700ｎｍの光に対する反射率が80％未満となり、発光素子３が発する光をパッケージの上面に効率良く反射させて放射することが困難になる。また、基体１が、波長400乃至700ｎｍの光の反射率が80％未満では、発光素子３が発する光が基体１を透過しやすくなり、発光素子３が発する光をパッケージの外部に効率良く反射させて放射することが困難になる。

この基体１は、発光素子３を支持する支持体であり、その上面に発光素子３を搭載するための導体層から成る搭載部１ａを有しており、搭載部１ａ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。

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。メタライズ配線導体４ａ，４ｂは、ＷやＭｏ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納する発光素子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１ａには発光ダイオード等の発光素子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の搭載部１ａの周辺の部位には発光素子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。

なお、メタライズ配線導体４ａ，４ｂおよび搭載部１ａ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、メタライズ配線導体４ａ，４ｂおよび搭載部１ａが酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、搭載部１ａと発光素子３との固着およびメタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合を強固にすることができる。従って、メタライズ配線導体４ａ，４ｂおよび搭載部１ａ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。

本発明の枠体２は、基体１と実質的に同じ組成のセラミックスから成り、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を収容するための断面形状が略円形や略四角形の貫通孔２ａを有しており、この貫通孔２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。この枠体２の貫通孔２ａの内周面の略全面には、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層を被着させて成る金属層６が被着されている。そして、基体１の上面と金属層６表面の金属めっき層とが、枠体２の内側に収容される発光素子３の光を効果的に反射する反射領域として機能する。

また、枠体２の貫通孔２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度を35〜70°として、貫通孔２ａの内周面が外側（図１では上方）に向かって漸次広がるような傾斜面となるようにすることが好ましく、この場合、枠体２の貫通孔２ａの金属層６で反射した光をパッケージの外部により効率よく放射させることができる。上記角度が35°未満では、貫通穴２ａの内周面をそのような角度で安定且つ効率良く形成することが困難となるとともに、パッケージが極度に大型化してしまう。70°を超えると、貫通穴２ａ内に収容する発光素子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。

また、貫通孔２ａは、その断面形状が円形状または楕円形状であることが好ましい。この場合、貫通穴２ａ内に収容される発光素子３が発光する光を貫通穴２ａの内周面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。

かくして、本発明のパッケージは、白色のセラミックスから成る基体の厚みが0.8ｍｍ以上であり、波長が400〜700ｎｍの光に対する反射率が80％以上であることから、発光素子３の光を基体１が吸収することなく、基体１の表面で効率良く反射することができるので、発光素子３の光をパッケージの外部に効率良く放射することができる。また、枠体２の内周面には金属層６が被着されており、金属層６の表面の反射率は80％以上であることから、発光素子３の光を金属層６で効率良く反射してパッケージの外部により効率良く放射することができる。

また、本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部１ａに搭載された発光素子３と、発光素子３を覆う透明樹脂とを具備したものである。発光素子３を覆う透明樹脂は、発光素子３の露出表面のみを覆うように設けられていてもよいし、枠体２の内側に発光素子３を覆って充填されていてもよい。さらに、枠体２の上面にガラス，サファイア，石英，透光性樹脂から成る透光性蓋体を接着してもよい。また、本発明の発光装置は、発光ダイオード等の発光素子３を収納した小型のものであることから、個々に蓋をするよりも透明樹脂で発光素子３を覆った方が封止の作業性が良く、また内部のボンディングワイヤ５等の位置固定や各導体層の腐蝕防止等の点で有利なものである。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、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等差し支えない。例えば、図３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を形成してもよい。この場合、発光素子３が搭載部１ａに搭載されるとともに、発光素子３の電極とメタライズ配線導体４ａ，４ｂとをボンディングワイヤ５ａ，５ｂ等を介して電気的に接続することとなる。また、複数の発光素子３が搭載されるものであったり、複数の配線層が形成されるものであっても構わない。

本発明の発光素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。

基体１の各種の厚みに対する波長350〜750ｎｍの光の反射率を以下のようにして評価した。まず、ＳｉＯ_２を1.53重量％、Ａｌ_２０_３を96.25重量％、Ｍｇ０を1.99重量％、ＣａＯを0.20重量％、ＺrＯ_２を0.03重量％含むＳｉＯ_２−Ａｌ_２０_３−Ｍｇ０−ＺrＯ_２−ＣａＯ系の白色のセラミックスから成る、直径が50ｍｍで６種類（下記表１参照）の厚さのセラミックグリーンシートを準備し、これを1600℃の高温にて焼成を行なって評価用のセラミック基板（試料Ｎｏ．１〜６）を作製した。

また、厚さ0.05ｍｍの上記セラミックグリーンシート上に、ＷおよびＭｏからなる金属ペーストをスクリーン印刷法で形成し、これを1600℃の高温にて焼成を行なった後、Ｎｉめっき層、Ａｇめっき層を順次被着した評価用のセラミック基板（試料Ｎｏ．７）を作製した。

そして、これらの７種類のセラミック基板のそれぞれに、ピーク波長が350ｎｍ〜750ｎｍの９種類の光（下記表１参照）を照射し、光の反射率を分光測色計（ミノルタ社製「ＣＭ−3700ｄ」）にて測定した。その結果を表１に示す。

表１より、厚みが0.8ｍｍ以上の試料Ｎｏ．４〜６では、光のピーク波長が400〜700ｎｍにおいて、反射率が80％以上であった（表中に○で示す）。

厚みが0.8ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１，２では、光のピーク波長が400〜700ｎｍにおいて、反射率は全て80％未満となった（表中に×で示す）。

試料Ｎｏ．３では、光のピーク波長が450〜650ｎｍにおいてのみ、反射率が80％以上であり、鮮明なフルカラー表示が可能なピーク波長400〜700ｎｍの光を効果的に反射することができなかった（表中に×で示す）。

金属層６を形成した試料Ｎｏ．７では、光のピーク波長が400〜700ｎｍにおいて、反射率が80％以上であった（表中に○で示す）。

以上より、白色のセラミックスから成る基体１の厚みを0.8ｍｍ以上とすること、および枠体２の貫通孔２ａの内周面に金属層６を被着することが必要であることが判った。これにより、光のピーク波長が400〜700ｎｍにおいて、光の反射率を80％以上とすることが可能となり、発光装置の発光効率を極めて高いものとすることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されず、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等差し支えない。

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。従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。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。

符号の説明

１：基体
２：枠体
２ａ：貫通孔
３：発光素子
４ａ，４ｂ：メタライズ配線導体
５：ボンディングワイヤ
６：金属層

Claims

上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する白色のセラミックスから成る略直方体の基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲繞するように接合された白色のセラミックスから成る枠体とを具備しており、前記基体は、厚みが０．８ｍｍ以上であり、かつ波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であり、前記枠体は、内周面に表面の光の反射率が８０％以上である金属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、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことを特徴とする発光装置。