JP2005285874A

JP2005285874A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置ならびに照明装置

Info

Publication number: JP2005285874A
Application number: JP2004093883A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Tamaru; 日出和田丸; Yosuke Moriyama; 陽介森山; Toshiyuki Chitose; 敏幸千歳
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】発光素子が発する光を効率良く、かつ一定の方向に収束して放射できるものとすること。
【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の搭載部１ａを有する平板状の基体１と、基体１の上面に搭載部１ａを取り囲むように接合された、内周面が発光素子３が発光する光を反射する反射面６とされている枠体２と、基体１の上面から下面または側面に導出された配線導体４とを具備しているものであって、反射面６は、互いに対向するとともに傾斜角度が異なっている部位を有している。
【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ならびに照明装置に関する。

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、セラミックス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４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配線導体１４を有する直方体状や四角形平板状のセラミックス製の基体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穴１２ａを有する四角枠状のセラミックス製の枠体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の電極と他方の配線導体１４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。これにより、発光素子１３の発する光をパッケージの外部（図５では上方）に放射することができる。

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、枠体１２の貫通穴１２ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層等のめっき金属層を表面に有するメタライズ層からなる光反射層１６を被着させていることもある。

また、上記のパッケージは、セラミックグリーンシート積層法により以下のように製作される。まず、基体１１となるセラミックグリーンシートと枠体１２となるセラミックグリーンシートとを準備し、これらのセラミックグリーンシートに配線導体１４を導出させるための貫通孔や貫通穴１２ａを打ち抜き法で形成する。

次に、基体１１となるセラミックグリーンシートの積層体（以下、基体１１となるセラミックグリーンシートの積層体を単に積層体Ａという）の貫通孔および所定の部位に、メタライズ層からなる配線導体１４となる導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布する。また、枠体１２となるセラミックグリーンシートの積層体（以下、枠体１２となるセラミックグリーンシートの積層体を単に積層体Ｂという）の貫通穴１２ａとなる貫通孔の内周面に光反射層１６となる導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布する。

次に、積層体Ａ，Ｂを重ねて接着してパッケージを形成するための積層体とし、これを所定寸法に切断して成形体とし、高温（１６００℃程度）で焼成して、焼結体となす。その後、配線導体１４およびメタライズ層の露出表面に、Ｎｉ、Ａｕ、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等のめっき金属層を無電解めっき法やに電解めっき法により被着させることによって、パッケージが製作される。
特開２００２−２３２０１７号公報

しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、貫通穴１２ａの内周面が基体１１に対する角度が一定の角度で外側に広がるように傾斜して形成されていることから、発光素子１３の光は全周囲に均等に放射されるため、一定の方向性を持たせた光を外部に良好に放射しにくいという問題点を有していた。

従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、発光素子１３の発する光を外部に効率良くかつ一定の方向に収束して放射でき、その結果、発光装置および照明装置の発光強度をきわめて高いものとすることが可能な発光素子収納用パッケージおよび発光装置ならびに照明装置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、上面に発光素子の搭載部を有する平板状の基体と、該基体の上面に前記搭載部を取り囲むように接合された、内周面が前記発光素子が発光する光を反射する反射面とされている枠体と、前記基体の上面から下面または側面に導出された配線導体とを具備しているものであって、前記反射面は、互いに対向するとともに傾斜角度が異なっている部位を有していることを特徴とする。

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、前記搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された前記発光素子と、前記発光素子を覆う透光性部材とを具備していることを特徴とする。

本発明の発光装置は、好ましくは、前記発光素子は、その上下面にそれぞれ前記電極が形成されており、下面側の前記電極は、前記配線導体に導電性接着剤を介して接続されており、上面側の前記電極は、前記反射面の前記傾斜角度が最も大きい部位に近接した他の前記配線導体にボンディングワイヤを介して接続されていることを特徴とする。

本発明の発光装置は、好ましくは、前記発光素子は、前記反射面の前記傾斜角度が最も大きい部位に近接して搭載されていることを特徴とする。

本発明の照明装置は、本発明の発光装置を所定の配置となるように設置したことを特徴とする。

本発明の発光素子収納用パッケージによれば、反射面は、互いに対向するとともに傾斜角度が異なっている部位を有していることから、発光素子の発光する光を異なる傾斜角度を有する反射面によって一定の方向に収束させることができ、平面視において方向性を有する光を効率よく放射させることができる。

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、搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆う透光性部材とを具備していることから、発光素子の光を効率よく、かつ一定の方向に放射させることができるようになる発光装置とすることができる。

本発明の発光装置は、発光素子は、その上下面にそれぞれ電極が形成されており、下面側の電極は、配線導体に導電性接着剤を介して接続されており、上面側の電極は、反射面の傾斜角度が最も大きい部位に近接した他の配線導体にボンディングワイヤを介して接続されていることから、発光素子が発する光がボンディングワイヤによって吸収されたり、乱反射されたりして光強度のむらが生じても、ボンディングワイヤに近接した反射面の傾斜角度の最も大きい部位で反射された光によって良好に補うことができ、発光装置から放出される放射光強度を均一なものとして強度むらが生じるのを有効に抑制することができる。

本発明の発光装置は、発光素子は、反射面の傾斜角度が最も大きい部位に近接して搭載されていることから、平面視で所望の方向とは反対方向に進む光を発光素子に近接した反射面の傾斜角度の最も大きい部位で良好に方向を変えることができ、光が所望の方向とは異なる方向に進むのをきわめて有効に防止し、発光素子の光を効率良く、かつ一定の方向に良好に収束して放射することができる。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置を所定の配置となるように設置したことから、半導体から成る発光素子の電子の再結合による発光を利用しているため、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能な小型の照明装置とすることができる。その結果、発光素子から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度（配光分布）で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された照明装置とすることができる。

また、本発明の発光装置を光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、任意の配光分布の光を放射する照明装置とすることができる。

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の実施の形態の一例を示す断面図を示しており、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。

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の搭載部１ａを有する平板状の基体１と、基体１の上面に搭載部１ａを取り囲むように接合された、内周面が発光素子３が発光する光を反射する反射面６とされている枠体２と、基体１の上面から下面または側面に導出された配線導体４とを具備しているものであって、反射面６は、互いに対向するとともに傾斜角度が異なっている部位を有している。

本発明の基体１はセラミックス，樹脂等から成り、セラミックスからなる場合は、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等のセラミックスから成る直方体状や四角平板状等である。そして、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）を得、しかる後、セラミック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。

また基体１は、その搭載部１ａから下面にかけて導出される配線導体４ａおよび搭載部１ａの周辺から下面にかけて導出される配線導体４ｂが被着形成されている。配線導体４ａ，４ｂはタングステンやモリブデン等の金属粉末メタライズから成り、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、配線導体４ａの一部からなる搭載部１ａには発光ダイオード，半導体レーザ等の発光素子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る。また、発光素子３は、搭載部１ａおよび配線導体４ｂにフリップチップ実装されていても構わない。

なお、搭載部１ａおよび配線導体４ａ，４ｂの露出する表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みに被着させておくと、搭載部１ａおよび配線導体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との固着および配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接合を強固なものとすることができる。したがって、搭載部１ａおよび配線導体４ａ，４ｂの露出表面には、厚み１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚み0.1〜３μｍ程度の金メッキ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。

本発明の枠体２は、セラミックスや樹脂、金属等から成り、基体１の上面に搭載部１ａを取り囲むように接合されている。例えば、枠体２が酸化アルミニウム質燒結体から成る場合、セラミックグリーンシートに、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穴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。

また、枠体２の貫通穴２ａの内周面には、反射面６が形成されており、発光素子３より放射された光を枠体２の貫通穴２ａの内周面で良好に反射させることができる。このような反射面６は、枠体２の貫通穴２ａの内周面上に、タングステン、モリブデン、銅、銀等のメタライズから成るメタライズ層を形成し、このメタライズ層上にニッケルや金、銀等のめっき金属層を被覆させたり、枠体２の貫通穴２ａの内周面に、薄膜法等によりアルミニウム，銀，金等の金属層を蒸着させることで形成することができる。

また、枠体２が、アルミニウム，銀，金，パラジウムおよび白金等から成り、枠体２の貫通穴２ａの内周面が高い反射率を有する場合には、枠体２の貫通穴２ａの内周面が反射面６となり、発光素子３の光を良好に反射させることができる。

そして、本発明においては、反射面６は、互いに対向するとともに傾斜角度が異なっている部位を有している。これにより、傾斜角度が異なるので、発光素子３の発光する光が反射面６にて反射する方向を異ならせて、発光素子３の光を効率よく、かつ一定の方向に放射させることができるようになる。

本発明の枠体２は、例えば、セラミックスから成る場合は、枠体２用のセラミックグリーンシートに貫通穴２ａを打ち抜き金型を用いて打ち抜くことによって形成することができる。このとき、枠体２用のセラミックグリーンシートに形成される貫通穴２ａの内周面の傾斜角が異なるように形成する。そして、所定寸法に切断して形成した枠体２用のセラミックグリーンシートを基体１用のグリーンシート上に積層し、高温（１６００℃）で焼成することで基体１と一体に枠体２を形成することができる。なお、枠体２および基体１は別々に作製したものを接合材で接合してもよい。

また、図２にパッケージの断面図で示すように、反射面６の傾斜角度が最も大きい部位が反対側よりも枠体２の高さが高くなるようにしても構わない。これにより、発光素子３が発光する光をより良好に一定の方向に収束して放射しやすくなる。

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を覆う透光性部材とを具備している。これにより、発光素子３が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。

透光性部材はシリコーン等の透明樹脂、または、透明樹脂板やガラス板などが用いられる。透明樹脂の場合、透明樹脂は発光素子３およびその周囲のみを覆っていてもよいし、枠体２の貫通穴２ａ内に充填されて発光素子３を覆っていてもよい。また、透光性部材が透明樹脂板やガラス板などの場合、枠体２の上面や内周面に枠体２の貫通穴２ａを塞ぐように取着される。

さらに、透光性部材に蛍光材を含有させたり、被着させたりすることにより、発光素子３から発光される光を波長変換して発光装置から発せられる放射光を所望の光スペクトルを有する光としてもよい。

本発明の発光装置は、好ましくは、発光素子３は、その上下面にそれぞれ電極が形成されており、下面側の電極は、配線導体４ａに導電性接着剤を介して接続されており、上面側の電極は、反射面６の前記傾斜角度が最も大きい部位に近接した他の配線導体４ｂにボンディングワイヤを介して接続されているのがよい。これにより、発光素子３が発する光がボンディングワイヤ５によって吸収されたり、乱反射されたりして光強度のむらが生じても、ボンディングワイヤ５に近接した反射面６の傾斜角度の最も大きい部位で反射された光によって良好に補うことができ、発光装置から放出される放射光強度を均一なものとして強度むらが生じるのを有効に抑制することができる。

本発明の発光装置は、好ましくは、発光素子３は、反射面６の傾斜角度が最も大きい部位に近接して搭載されているのがよい。これにより、平面視で所望の方向とは反対方向に進む光を発光素子３に近接した反射面６の傾斜角度の最も大きい部位で良好に方向を変えることができ、光が所望の方向とは異なる方向に進むのをきわめて有効に防止し、発光素子３の光を効率良く、かつ一定の方向に良好に収束して放射することができる。

本発明の発光装置は、１個のものを所定の配置となるように設置したことにより、または複数個を、例えば、格子状や千鳥状，放射状，複数の発光装置から成る円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成したもの等の所定の配置となるように設置したことにより、照明装置とすることができる。これにより、半導体から成る発光素子３の電子の再結合による発光を利用しているため、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能であり、発熱の小さな小型の照明装置とすることができる。その結果、発光素子３から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度（配光分布）で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された照明装置とすることができる。

また、複数の本発明の発光装置を光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、任意の配光分布の光を放射できる照明装置とすることができる。

このような照明装置としては、例えば、室内や室外で用いられる照明器具、電光掲示板、信号機、ディスプレイ等のバックライト（携帯電話等の液晶バックライトやタッチパネル等）、車のヘッドランプ、カメラや携帯電話等のフラッシュライト、スキャナー等の印刷機露光用光源、動画装置、装飾品等が挙げられる。

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、搭載部１ａを基体１の上面の搭載領域として、基体１の上面に樹脂接着剤等の接合材を介して発光素子３を直接搭載するものとし、搭載部１ａの周囲に発光素子３の電極が接続される配線導体４ａ，４ｂを形成していても良い。

この場合、搭載部１ａに発光素子３が搭載されるとともに、配線導体４ａ，４ｂに発光素子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。この場合、好ましくは、配線導体４ａ，４ｂはともに反射面６の傾斜角度が最も大きい部位に近接して形成されるのがよい。これにより、発光素子３が発する光が配線導体４ａ，４ｂに接続されたボンディングワイヤによって吸収されたり、乱反射されたりして光強度のむらが生じても、両方のボンディングワイヤに近接した反射面６の傾斜角度の最も大きい部位で反射された光によって良好に補うことができる。

また、図３にパッケージの平面図で示すように、複数の発光素子３が搭載されたり、複数の配線導体４ａ，４ｂが形成されるものであっても良く、基体１の中央部以外に発光素子３が搭載されていても構わない。

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。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一例を示す断面図である。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他の一例を示す平面図である。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：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
３：発光素子
４：配線導体
６：反射面

Claims

上面に発光素子の搭載部を有する平板状の基体と、該基体の上面に前記搭載部を取り囲むように接合された、内周面が前記発光素子が発光する光を反射する反射面とされている枠体と、前記基体の上面から下面または側面に導出された配線導体とを具備している発光素子収納用パッケージであって、前記反射面は、互いに対向するとともに傾斜角度が異なっている部位を有し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るとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された前記発光素子と、前記発光素子を覆う透光性部材とを具備していることを特徴とする発光装置。
前記発光素子は、その上下面にそれぞれ前記電極が形成されており、下面側の前記電極は、前記配線導体に導電性接着剤を介して接続されており、上面側の前記電極は、前記反射面の前記傾斜角度が最も大きい部位に近接した他の前記配線導体にボンディングワイヤを介して接続されていることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
前記発光素子は、前記反射面の前記傾斜角度が最も大きい部位に近接して搭載されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の発光装置。
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の発光装置を所定の配置となるように設置したことを特徴とする照明装置。