JP2005072397A - Package for containing light emitting element and light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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および発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting element housing package and a light emitting device for housing a light emitting element such as a light emitting diode.
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5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る一対の配線層14a,14bを有する直方体状のセラミック製の基体11と、基体11の上面に接合され、中央部に発光素子13を収容するための貫通孔12aを有する四角枠状のセラミック製の枠体12とから構成されている。また、枠体12の貫通孔12aの内周面は、光を外部に良好に放射するために、基体11の上面に対して、外側に広がるように形成されている。
Conventionally, a ceramic package is used as a light emitting element storage package (hereinafter also referred to as a package) for accommodating a light emitting element such as a light emitting diode. As shown in FIG. 5, the conventional ceramic package has a
そして、基体11の上面に導出された一方の配線層14aに接続された搭載部11aに発光素子13を導電性接合材等を介して固着するとともに、発光素子13の電極と他方の配線層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の貫通孔12a内に透明樹脂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となる(例えば、下記の特許文献1参照)。
Then, the light emitting element 13 is fixed to the
なお、このようなセラミック製のパッケージでは、内部に収容する発光素子13が発光する光を貫通孔12aの内周面で反射させて発光装置の発光効率を良好とするために、貫通孔12aの内周面にニッケル(Ni)や金(Au)等の金属から成るめっき金属層16bを表面に有するメタライズ金属層16aを被着している。
In such a ceramic package, the light emitted from the light emitting element 13 accommodated in the interior is reflected by the inner peripheral surface of the
また、このパッケージは、セラミックグリーンシート(以下、グリーンシートともいう)積層法により製作されており、具体的には以下のように製作される。基体11用のグリーンシートと枠体12用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線層14a,14bを導出させるための貫通孔や発光素子13を収容するための貫通孔を上方向から下方向に外側に広がるように打ち抜く。
Further, this package is manufactured by a ceramic green sheet (hereinafter also referred to as green sheet) lamination method, and specifically manufactured as follows. A green sheet for the substrate 11 and a green sheet for the
次に、基体11用のグリーンシートの上面から下面にかけて、配線層14a,14b形成用のW,Moなどの高融点金属粉末から成る導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等で塗布し、枠体12用のグリーンシートの貫通孔の内周面にメタライズ金属層16a形成用の上記導体ペーストをスクリーン印刷法等で塗布する。基体11用のグリーンシートと枠体12用のグリーンシートとを、枠体12の貫通孔12aの内周面が基体11の上面に対して外側に広がるように上下に積層し、これを高温で焼成して焼結体と成す。その後、配線層14a,14bおよびメタライズ金属層16aの露出表面に、NiやAu等の金属から成るめっき金属層16bを無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより製作される。
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、枠体12の貫通孔12aの上面の開口より、発光素子13が発光する光を広範囲に亘って光が放射されるようにするために、枠体12の貫通孔12aの内周面を基体11の上面に対して、外側に広がるように形成している。これにより、発光装置の光を外部の広範囲から視認でき、視野角が広いものとすることができるものの、正面方向への指向性が低くなってしまう。そのため、正面方向の輝度が低くなるとともに、枠体12の貫通孔12aの開口付近の輪郭がぼやけてしまい、正面方向からの視認性が低下してしまうという問題点を有していた。
However, in the above-described conventional package, in order to allow light emitted from the light emitting element 13 to be emitted over a wide range from the opening on the upper surface of the
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、発光素子の発光する光を効率良く放射することができるとともに、視認性の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および発光装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to emit light that can efficiently emit light emitted from a light-emitting element and can have high visibility. An object is to provide an element storage package and a light emitting device.
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基体の上面に、発光素子を収容するための貫通孔を有する枠体が前記搭載部を囲繞するように接合されている発光素子収納用パッケージにおいて、前記枠体は、前記貫通孔の下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜していることを特徴とする。 In the light emitting element storage package according to the present invention, a frame having a through hole for accommodating a light emitting element surrounds the mounting part on the upper surface of a base having a mounting part for mounting the light emitting element on the upper surface. In the bonded light emitting element storage package, the frame body is characterized in that an inner peripheral surface is inclined so that an opening on an upper side is smaller than an opening on a lower side of the through hole.
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ていることを特徴とする。 The light-emitting device of the present invention includes the light-emitting element storage package of the present invention, a light-emitting element mounted on the mounting portion, and a transparent resin that covers the light-emitting element.
本発明の発光素子収納用パッケージによれば、枠体は、貫通孔の下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜していることから、貫通孔の上側の開口より光は正面方向に放射されやすくなるので、外部に放射される光の指向性を高めることができる。また、枠体の貫通孔内で光の乱反射を発生させて貫通孔内に光をある程度閉じ込めることで光の余計な漏れを抑えることができ、より高輝度で指向性の高いものとなる。従って、外部から発光装置を見た際に、貫通孔の上側の開口の輪郭が明るく鮮明になって、視認性の高いものとすることができる。 According to the light emitting element storage package of the present invention, since the inner peripheral surface of the frame body is inclined so that the opening on the upper side of the opening on the lower side of the through hole becomes smaller, the opening on the upper side of the through hole. Since the light is more easily emitted in the front direction, the directivity of the light emitted outside can be improved. Moreover, extraneous light leakage can be suppressed by generating diffused reflection of light in the through-hole of the frame and confining the light in the through-hole to some extent, resulting in higher brightness and higher directivity. Therefore, when the light emitting device is viewed from the outside, the outline of the opening on the upper side of the through hole becomes bright and clear, and the visibility can be improved.
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子の光を効率良く正面方向に放射するとともに、明瞭なものとすることができる。従って、表示装置等に好適なものとなる。 The light-emitting device of the present invention can emit light from the light-emitting element efficiently in the front direction and be clear due to the above configuration. Therefore, it is suitable for a display device or the like.
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。
The light emitting element storage package of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a package according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a base body, and 2 denotes a frame, which mainly constitute a package for housing the
本発明の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を有する基体1の上面に、発光素子3を収容するための貫通孔2aを有する枠体2が搭載部1aを囲繞するように接合されているものにおいて、枠体2は、貫通孔2aの下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜している。
In the light emitting element storage package of the present invention, the frame body 2 having the through
本発明における基体1は、セラミックスや樹脂から成り、セラミックスから成る場合、例えば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る直方体状の箱体であり、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を有している。
The substrate 1 in the present invention is made of ceramics or resin, and when made of ceramics, for example, an aluminum oxide sintered body (alumina ceramic), an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a glass ceramic sintered body, etc. This is a rectangular parallelepiped box made of ceramics, which is a support for supporting the
この基体1は、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グリーンシート(セラミック生シート)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すとともに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。 When the substrate 1 is made of, for example, an aluminum oxide sintered body, a suitable organic binder, solvent, etc. are added to and mixed with raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, and calcium oxide to form a slurry. Is formed into a sheet shape by a conventionally known doctor blade method or calendar roll method, etc. to obtain a green sheet (ceramic raw sheet). After that, the green sheet is appropriately punched and laminated at a high temperature. It is manufactured by firing at (about 1600 ° C.).
また、基体1は、上面の搭載部1aから下面にかけて導出される配線層4aおよび搭載部1aの周辺から下面にかけて導出される配線層4bが被着形成されている。搭載部1aおよび配線層4a,4bはW,Mo,マンガン(Mn)等の金属粉末のメタライズから成り、配線層4a,4bは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導電路である。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−シリコン合金や銀−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る。
In addition, the substrate 1 is formed with a
なお、この配線層4a,4bおよび搭載部1aは、例えばW等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た導体ペーストを、基体1となるグリーンシートに予め従来周知の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。
The
なお、配線層4a,4bおよび搭載部1aの露出する表面にNi、AuやAg等の耐蝕性に優れかつロウ材の濡れ性に優れる金属を1〜20μm程度の厚みに被着させておくのがよく、配線層4a,4bおよび搭載部1a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との接合および配線層4bとボンディングワイヤ5との接続を強固にすることができる。従って、配線層4a,4bおよび搭載部1aの露出表面に、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めっき層とを、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着するのがより好ましい。
It should be noted that a metal having excellent corrosion resistance such as Ni, Au, and Ag and excellent wettability of the brazing material is deposited on the exposed surfaces of the
本発明の枠体2は、セラミックスや樹脂や金属等から成る。例えば枠体2が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、グリーンシートに、枠体2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孔2aを形成するための打ち抜き加工を施し、これを複数枚積層し、高温(1600℃)で焼成することによって製作される。
The frame 2 of the present invention is made of ceramics, resin, metal or the like. For example, when the frame 2 is made of an aluminum oxide sintered body, a through-
枠体2の貫通孔2aの内周面には、発光素子3の発光する光を良好に反射するための反射層となる金属層6が被着されているのが好ましい。例えば、金属層6がメタライズ金属層6aとその表面のめっき金属層6bとから成る場合、枠体2となるグリーンシートの貫通孔2aの内周面に、W,Mo,Mn等の高融点金属に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た導体ペーストを、従来周知の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、貫通孔2aの内周面の略全面または所定位置にメタライズ金属層6aが被着形成される。
A
このメタライズ金属層6aは、枠体2が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、W100重量部に対してMoが1〜5重量部含有されているのが好ましい。1重量部未満の場合、酸化アルミニウム質焼結体(熱膨張係数:約7.8×10−6/℃)から成る枠体2と、W(熱膨張係数:約4.6×10−6/℃)およびMo(熱膨張係数:約5.7×10−6/℃)からなる金属層6aとの熱膨張係数差による熱応力が大きくなる傾向にある。5重量部を超えると、メタライズ金属層6aの枠体2に対する被着強度が弱くなる傾向にある。即ち、メタライズ金属層6aは、熱膨張係数が4.6×10−6/℃程度のWに、熱膨張係数が5.7×10−6/℃程度とWに比べてアルミナ質焼結体に熱膨張係数が近いMoを少量含有させることにより、熱膨張係数がアルミナ質焼結体に近似したものとなる。その結果、メタライズ金属層6aの枠体2に対する被着の信頼性が大幅に向上する。
When the frame 2 is made of an aluminum oxide sintered body, the
また、メタライズ金属層6a上に、Ni,Au,Ag等のめっき金属層6bが被着されており、これにより、貫通孔2a内に収容された発光素子3が発光する光をめっき金属層6bにより良好に反射し、外部に放射することができる。このめっき金属層6bは、貫通孔2aに収容された発光素子3が発する光に対する反射率が80%以上であることが好ましい。80%未満であると、貫通孔2aに収容された発光素子3が発する光を良好に反射することが困難となる。
Further, a plated
また、基体1と枠体2とが異なるセラミックスであったり、基体1がセラミックスで枠体2が樹脂であるなど、基体1と枠体2は異なる材質のものであっても構わない。 Further, the base body 1 and the frame body 2 may be made of different materials, for example, the base body 1 and the frame body 2 may be different ceramics, or the base body 1 may be ceramics and the frame body 2 may be resin.
また、金属層6は、Au,Ag,Al等の高反射率の金属を貫通孔2aの内周面に蒸着法等により被着したり、Au,Ag,Al等の高反射率の金属板や金属箔を貫通孔2aの内周面に被着したものであっても良い。また、枠体2が高反射率の金属から成る場合には、特に金属層6を被着形成していなくても構わない。
The
本発明においては、枠体2は、貫通孔2aの下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜している。これにより、パッケージの外部に放射される光は、貫通孔2aの上側の開口より、パッケージの正面方向により放射されやすくなるので、光の指向性を高めることができる。また、貫通孔2a内で光の乱反射を発生させて貫通孔2a内に光をある程度閉じ込めることで光の余計な漏れを抑えることができ、正面方向の光を高輝度で指向性の高いものとすることができる。従って、正面方向の光を高輝度で指向性の高いものすることから、外部から発光装置を見た際に、貫通孔2aの開口の輪郭が明るく鮮明になって、視認性の高いものとすることができる。
In the present invention, the inner peripheral surface of the frame 2 is inclined so that the upper opening is smaller than the lower opening of the through
また、貫通孔2aの内周面が基体1の上面となす角度θは、95〜135度が好ましい。θが95度未満では、発光素子3が発光する光が貫通孔2aの上側の開口より広範囲に放射されやすくなるので、正面方向の指向性が低下してしまう。また、θが135度を超えると、光を外部に放射しにくくなるとともに、パッケージが大型化してしまう。
Further, the angle θ formed by the inner peripheral surface of the through
このような枠体2は、打ち抜き金型等を用いた打ち抜き法により形成することができる。このとき、枠体2用のグリーンシートに形成される貫通孔の内周面をグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて5〜45度の角度θで広がるように形成する。このように貫通孔2aの内周面がグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて5〜45度の角度θで広がるように形成することにより、枠体2用のグリーンシーとを反転させて積層することで、枠体2の貫通孔2a内周面が基体1の上面に対して95〜135度の角度θで上側に向かうに伴って内側に狭くなるように形成される。
Such a frame 2 can be formed by a punching method using a punching die or the like. At this time, the inner peripheral surface of the through hole formed in the green sheet for the frame body 2 is formed so as to spread at an angle θ of 5 to 45 degrees from one main surface to the other main surface of the green sheet. Thus, by forming the inner peripheral surface of the through
また、貫通孔2aの内周面の表面または金属層6が被着されている場合の金属層6の表面の算術平均粗さRaは3μm以上であることが好ましい。3μm以上であると、貫通孔2a内に収容された発光素子3が発光する光を散乱させやすくなる。
Moreover, it is preferable that arithmetic mean roughness Ra of the surface of the inner peripheral surface of the through-
また、基体1上面の露出する部位や、枠体2の貫通孔2aの内周面において反射層が形成されていない部位に、蛍光剤等を含有する樹脂を被着していても良く、光を貫通孔2a内で良好に反射させることができるようになる。
In addition, a resin containing a fluorescent agent or the like may be applied to a portion where the upper surface of the base body 1 is exposed or a portion where the reflective layer is not formed on the inner peripheral surface of the through
また、枠体2として黒色や褐色等の暗色のものを使用したり、図2に断面図に示すように、暗色系のペースト7等を被着させたりして枠体2の上面を暗色にすることで、正面方向から見た際に、貫通孔2aの上側の開口と枠体2の上面の部位との明暗の区別を明確にし、正面から見た際の発光装置の視認性を高めることができる。
Further, a dark color such as black or brown is used as the frame body 2 or, as shown in the cross-sectional view of FIG. Thus, when viewed from the front, the distinction between brightness and darkness between the opening on the upper side of the through
また、枠体2の貫通孔2aの内周面は、凹んだ曲面状とされていてもよく、この場合貫通孔2a内に光をある程度閉じ込めることで光の余計な漏れを抑えるという効果がより高まることとなる。
Further, the inner peripheral surface of the through
さらに、貫通孔2aの内周面の上端部を基体1の上面に垂直になるように形成するか、またはその上端部を外側に若干広がるように傾斜させてもよい。この場合、正面から見た際の貫通孔2aの上側の開口がより明るくなり、視認性を高めることができる。
Furthermore, the upper end portion of the inner peripheral surface of the through
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、発光素子3を覆うシリコーン樹脂,エポキシ樹脂等の透明樹脂とを具備している。これにより、発光素子3の光を効率良く正面方向に放射するとともに、明瞭なものとすることができる。発光素子3を覆う透明樹脂は、発光素子3およびその周囲を覆っていてもよく、貫通孔2aに充填されて発光素子3を覆っていてもよい。
The light emitting device of the present invention includes the package of the present invention, the
また、図3に断面図で示すように、本発明の発光素子収納用パッケージおよび発光装置をドットマトリックス状に配列させたものとすることで、表示装置として好適なものとして使用することもできる。 Further, as shown in a cross-sectional view in FIG. 3, the light-emitting element storage package and the light-emitting device of the present invention are arranged in a dot matrix shape, so that it can be used as a suitable display device.
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4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。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, as shown in the cross-sectional view of the package in FIG. 4, the
1:基体
1a:搭載部
2:枠体
2a:貫通孔
3:発光素子
4a,4b:配線層
6a:メタライズ金属層
6b:めっき金属層
1:
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