JP2006173182A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子の発光した光が外部へ漏洩するのを有効に防止することができ、発光素子が発光する光を外部に効率良く放射させ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。
【解決手段】 発光素子１５が搭載される搭載領域１１ａを有する基部１１と、この基部１１上に搭載領域１１ａを取り囲むように形成された第１の枠部１２ａと、この第１の枠部１２ａの上面に形成され、発光素子１５の電極に電気的に接続される電極パッド１３と、第１の枠部１２ａ上に形成された第２の枠部１２ｂと、基部１１の上面および第１の枠部１２ａの内側面に連続的に形成された第１の反射層１４ａと、第２の枠部１２ｂの内側面に形成された第２の反射層１４ｂとを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、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ものである。

発光ダイオード等の発光素子を収納するための従来の発光素子収納用パッケージとして図４に示すものがある。従来の発光素子収納用パッケージは、発光素子４３が搭載される搭載領域４１ａを有する基部４１と、搭載領域４１ａを取り囲んで形成された枠部４２とを備えている。基部４１の搭載領域４１ａおよび基部４１の内部に配線導体４４ａ，４４ｂが形成されており、この配線導体４４ａ，４４ｂは、パッケージの下面に形成された外部接続端子４７に接続されている。また、枠部４２の内面には反射層４６が形成されている。

そして、搭載領域４１ａに形成された配線導体４４ａに発光素子４３が半田等の導電性接合材を介して固着されるとともに、発光素子４３の電極が基部４１上に形成された他の配線導体４４ｂにボンディングワイヤ４５を介して電気的に接続される。その後、枠部４２の内側に透光性部材４８が充填されて発光素子４３が封止されることによって、発光装置が製造される。そして、この発光装置が外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続されることによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されるとともに、発光素子４３に電源電圧が供給される。
特開２００２−２３２０１７号公報

しかしながら、近年、発光装置の実装密度を高めるために、発光装置の実装面積を小さくする必要がでてきた。従来の発光素子収納用パッケージおいて、発光素子４３の搭載領域４１ａの周囲にはワイヤボンディング用の配線導体４１ｂを形成しておく必要があり、これが実装面積の縮小化を妨げていた。また、近年の発光装置の高輝度化に伴い、発光素子４３から放射された光をさらに効率よく外部へ照射させるパッケージ構造が望まれている。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、実装面積を小さくするとともに、発光輝度の向上を図った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。

本発明の発光素子収納用パッケージは、発光素子が搭載される搭載領域を有する基部と、該基部上に前記搭載領域を取り囲むように形成された第１の枠部と、該第１の枠部の上面に形成され、前記発光素子の電極に電気的に接続される電極パッドと、前記第１の枠部上に形成された第２の枠部と、前記基部の上面および前記第１の枠部の内側面に連続的に形成された第１の反射層と、前記第２の枠部の内側面に形成された第２の反射層とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の発光素子収納用パッケージは、前記第１の枠部の開口形状と前記第２の枠部の開口形状とが同じであることを特徴とするものである。

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、該発光素子収納用パッケージの前記搭載領域に搭載され、電極が前記電極パッドに電気的に接続された発光素子とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の発光装置は、前記電極パッドが、四角形状の前記発光素子の対角線の延長線上に配置されており、前記四角形状の発光素子の角部と前記電極パッドとがボンディングワイヤにより接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の発光装置は、前記第１の枠部の開口形状が円形状であるとともに前記第２の枠部の開口形状が四角形状であり、前記電極パッドが前記第２の枠部の内側の角部に配置されていることを特徴とするものである。

本発明の発光素子収納用パッケージは、第１の枠部の上面に形成され、発光素子の電極に電気的に接続される電極パッドと、第１の枠部上に形成された第２の枠部と、基部の上面および第１の枠部の内側面に連続的に形成された第１の反射層と、第２の枠部の内側面に形成された第２の反射層とを備えていることにより、発光装置の実装面積を小さくすることができるとともに発光装置の輝度を向上させることが可能となる。

すなわち、本発明の発光素子収納用パッケージは、第１の枠部とその上部に形成された第２の枠部とを備え、第１の枠部の上面に電極パッドが形成されていることにより、発光素子の搭載領域の周辺面積を小さくすることができ、それに伴ってパッケージの実装面積を小さくすることが可能となる。そして、本発明の発光素子収納用パッケージは、基部の上面および第１の枠部の内側面に連続的に形成された第１の反射層と、第２の枠部の内側面に形成された第２の反射層とを備えていることにより、発光素子から放射された光を発光装置の照射方向に効率良く取り出すことができ、発光装置の輝度を向上させることが可能となる。

また、本発明の発光素子収納用パッケージは、第１の枠部の開口形状と第２の枠部の開口形状とが同じであることにより、発光素子から放射された光をパッケージの上方に均一に反射させることができ、発光装置の輝度の均一化を図ることができる。

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、この発光素子収納用パッケージの搭載領域に搭載され、電極が電極パッドに電気的に接続された発光素子と、この発光素子を覆うように第１の枠部および第２の枠部の内側に設けられた透光性部材とを備えていることにより、実装面積を小さくすることができるとともに、発光輝度を向上させることが可能となる。

また、本発明の発光装置は、電極パッドが、四角形状の発光素子の対角線の延長線上に配置されており、四角形状の発光素子の角部と電極パッドとがボンディングワイヤにより接続されていることにより、発光装置の発光輝度を向上させることができる。すなわち、本発明の構成により、発光素子のうち発光輝度の小さい角部に光の取り出しの妨げとなるボンディングワイヤを最適な長さで配置させることができ、発光素子から放射された光をパッケージの外部に効率よく取り出すことが可能となる。

また、本発明の発光装置は、第１の枠部の開口形状が円形状であるとともに第２の枠部の開口形状が四角形状であり、電極パッドが第２の枠部の内側の角部に配置されていることにより、電極パッドの面積を十分に確保することができ、かつ、発光装置の実装面積を小さくすることが可能となる。

本発明の発光素子収納用パッケージについて添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の発光素子収納用パッケージの第１の実施の形態の構造を示す平面図であり、図２は、図１に示した発光素子収納用パッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。

本発明の発光素子収納用パッケージは、発光素子１５が搭載される基部１１と、基部１１上に形成された枠部１２と、枠部１２に形成された電極パッド１３と、枠部１２に形成された反射層１４とを備えている。

基部１１は、上面の中央部に発光素子１５が搭載される搭載領域１１ａを有するものであり、セラミックス，樹脂等の絶縁物から成る。図１に示した発光素子収納用パッケージにおいて、基部１１は、直方体状や四角平板状の部位であり、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。

基部１１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。

枠部１２は、搭載領域１１ａを取り囲むように形成された部位であり、セラミックス，樹脂等の絶縁物から成る。この枠部１２は、基部１１上に形成された第１の枠部１２ａと、第１の枠部１２ａ上に形成された第２の枠部１２ｂとから構成されている。

そして、第１の枠部１２ａの上面には、発光素子１５の電極が電気的に接続される電極パッド１３が形成されている。すなわち、本発明の発光素子収納用パッケージにおいて、電極パッド１３は、枠部１２の内面に形成されている。ここで、枠部１２の内面とは、第１の枠部１２ａの内側面および上面と第２の枠部１２ｂの内側面とをいう。本発明の発光素子収納用パッケージは、このような構成により、基部１１上の枠部１２に囲まれた領域を狭くすることができ、実装面積の小さな発光装置を実現することが可能となる。

また、枠部１２の内面には、基部１１の上面から連続的に形成され、電極パッド１３とは絶縁された反射層１４が形成されている。本発明の発光素子収納用パッケージは、このような構成により、発光素子１５から放射された光をパッケージの外部へ効率よく取り出すことができ、高輝度な発光装置を実現することが可能となる。

本実施の形態の発光素子収納用パッケージにおいて、第１の枠部１２ａは、基部１１の上面に積層されて焼結一体化されているか、若しくは、基部１１上に銀−銅（Ａｇ−Ｃｕ）合金等の導電性接合材やエポキシ樹脂等の樹脂接着剤等により接合されている。

また、第１の枠部１２ａの内側空間の横断面形状は、円形状，長円形状，楕円形状，四角形状，多角形状等であり、特に円形状であることが好ましい。図１に示した発光素子収納用パッケージにおいて、第１の枠部１２ａの内面の横断面形状（開口形状）は円形状であり、このような構成により、発光素子１５から放射された光をパッケージの上方へ均一に取り出すことができ、発光装置における発光輝度の均一化を図ることが可能となる。

また、第１の枠部１２ａの内面は、傾斜面となっているとともに、基部１１の上面となす角度θ１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、光の取り出し効率が著しく低下する傾向にあり、角度が３５°未満であると、第１の枠部１２ａを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。

図１に示した発光素子収納用パッケージにおいて、第１の枠部１２ａの内面には、第１の反射層１４ａが、基部１１の上面から連続的に形成されている。ここで、連続的に形成された第１の反射層１４ａとは、基部１１の上面に形成された第１の反射層１４ａと第１の枠部１２ａに形成された第１の反射層１４ａとが別工程で形成されたものであってもよい。例えば、基部１１の上面に第１の反射層１４ａをスクリーン印刷により形成し、これとは別に、第１の枠部１２ａの内面に第１の反射層１４ａを形成して、これら第１の反射層１４ａが接するように基部１１と第１の枠部１２ａとを接合したものでもよい。

この第１の反射層１４ａは、基部１１の上面のうち第１の枠部１２ａに囲まれた全域、および、第１の枠部１２ａの内面の全域に形成されている。本発明の発光素子収納用パッケージは、このような構成により、光の取り出し効率を向上させることができ、発光装置の輝度を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態の発光素子収納用パッケージにおいて、第２の枠部１２ｂは、第１の枠部１２ａの上面に形成された電極パッド１３を取り囲むように第１の枠部１２ａの上面に積層されて焼結一体化されているか、若しくは、第１の枠部１２ａの上面にＡｇ−Ｃｕ合金等の導電性接合材やエポキシ樹脂等の樹脂接着材等により接合されている。

第２の枠部１２ｂは、第１の枠部１２ａと同様に、その内面の横断面形状は、円形状，長円形状，楕円形状，四角形状，多角形状等であり、第１の枠部１２ａの内面の横断面形（開口形状）状と同じであることが好ましい。すなわち、第１の枠部１２ａの開口形状と第２の枠部１２ｂの開口形状とが相似形状であることが好ましい。本発明の発光素子収納用パッケージは、このような構成により、発光素子１５から放射された光をパッケージの外部へ均一に取り出すことができ、発光装置における発光輝度の均一化を図ることが可能となる。図１に示した発光素子収納用パッケージにおいて、第２の枠部１２ｂの開口形状は、第１の枠部１２ａの開口形状と同じで円形状である。

また、第２の枠部１２ｂの内面には、第２の反射層１４ｂが電極パッド１３と絶縁されて形成されている。本発明の発光素子収納用パッケージは、このような構成により、光の取り出し効率を向上させることができ、発光装置の発光輝度を向上させることが可能となる。

また、図１に示した発光素子収納用パッケージにおいて、第２の枠部１２ｂは、全周にわたって第１の枠部１２ａの上面の周縁から一定の幅Ｗをもって形成されている。この全周にわたって一定の幅Ｗで形成されている第１の枠部１２ａの上面に、発光素子１５の電極とボンディングワイヤ１８を介して電気的に接続される電極パッド１３が形成されている。本発明の発光素子収納用パッケージは、第１の枠部１２ａの上面が全周にわたって均一な構成になっていることにより、発光素子１５から放射された光を、パッケージの上方に均一に反射させることができ、発光装置の発光輝度の均一化を図ることが可能となる。

基部１１の下面、すなわち、パッケージの下面には、外部接続端子１６が形成されている。そして、基部１１の内部および枠部１２の内部、すなわち、パッケージの内部には、電極パッド１３と外部接続端子１６とを電気的に接続する配線導体１７が形成されている。図１に示した発光素子収納用パッケージにおいて、電極パッド１３、外部接続端子１６および配線導体１７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る。電極パッド１３、外部接続端子１６および配線導体１７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、基部１１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、基部１１および第１の枠部１２ａの所定位置に被着形成される。

なお、反射層１４、電極パッド１３および外部接続端子１６の露出する表面に、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とよい。このような構成により、反射層１４、電極パッド１３および外部接続端子１６の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、搭載領域１１ａにおける反射層１４と発光素子１５との固着、電極パッド１３とボンディングワイヤ１８との接合、および外部接続端子１６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、反射層１４、電極パッド１３および外部接続端子１６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。

また、第１の反射層１４ａおよび第２の反射層１４ｂは、メタライズ層と、その上に被着された反射率が８０％以上である金属めっき層とから成る。図１に示した発光素子収納用パッケージにおいて、第１の反射層１４ａおよび第２の反射層１４ｂは、例えば、ＷやＭｏ等からなるメタライズ層上に、Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層が被着されて成る。

また、第１の反射層１４ａおよび第２の反射層１４ｂ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、発光素子１５から放射された光が散乱し、光の取り出し効率を著しく低下させることとなり、発光装置の発光輝度を低減させることとなる。

なお、第１の枠部１２ａの内面の傾斜角度θ１と第２の枠部１２ｂの内面の傾斜角度θ２とを異ならせてもよい。第１の枠部１２ａの内面の傾斜角度θ１を、第２の枠部１２ｂの内面の傾斜角度θ２よりも大きくすると、発光素子１５から放射された光を、広領域において一定方向に放出させることができる。

また、第１の枠部１２ａの内面の傾斜角度θ１を、第２の枠部１２ｂの内面の傾斜角度θ２よりも小さくすると、発光素子１５から放射された光を、一定の方向に集光させて放出させることができる。

本発明の発光装置は、基部１１の搭載領域１１ａに、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子１５が、金−シリコン（Ａｕ−Ｓｉ）合金、銀−エポキシ樹脂等の導電性接合材、エポキシ樹脂等の樹脂接着材等により固着されるとともに、電極パッド１３には発光素子１５の電極がボンディングワイヤ１８を介して電気的に接続されている。第１の枠部１２ａおよび第２の枠部１２ｂの内側には、発光素子１５を覆うように透光性部材１９が設けられている。そして、基部１１下面の外部接続端子１６が外部電気回路基板の配線導体に接続されることで、配線導体１７は、パッケージ内部に収容された発光素子１５を外部に電気的に接続させるための導電路として機能し、発光素子１５へ電源電圧が供給される。

図２に示した発光装置において、発光素子１５の発光面は上面側であり、ボンディングワイヤ１８は、電極パッド１３から発光素子１５の電極へ接続されているとよい。すなわち、電極パッド１３にファーストボンディングを行い、発光素子１５の電極にセカンドボンディングを行うとよい。このような構成により、光の取り出しにおいて妨げとなるバンプが電極パッド１３に形成されることとなり、発光素子１５の上面（発光面）から放射された光をパッケージの外部に効率よく取り出すことができる。

次に、本発明の発光素子収納用パッケージの第２の実施の形態について説明する。図３は、本発明の発光素子収納用パッケージの第２の実施の形態の構造を示す平面図である。第２の実施の形態の構造において、図１，２に示した第１の実施の形態の構造と異なる点は、第１の実施の形態において四角形状の発光素子１５の向かい合う２辺にボンディングワイヤ１８を接続するように電極パッド１３が形成されていたものを、四角形状の発光素子１５の角部にボンディングワイヤ３８を接続するように電極パッド３３が形成されていることである。図３に示した構造について、図１，２に示した構造と同一の構成には同一の符号を付している。

すなわち、本実施の形態における発光素子収納用パッケージにおいて、電極パッド３３は、搭載領域１１ａに四角形状の発光素子１５が搭載されときに、四角形状の発光素子１５の対角線の延長線上に配置されるように形成されている。図３に示した発光素子収納用パッケージにおいて、四角形状の発光素子１５の対角線の延長上に４つの電極パッド３３ａ〜３３ｄが形成されている。

そして、本発明の発光装置において、四角形状の発光素子１５の角部が四角形状のパッケージの対角線上に位置するように搭載され、発光素子１５の角部の電極と電極パッド３３ａ〜３３ｄとが電気的に接続されている。図３の本発明の発光装置において、ボンディングワイヤ３８ａおよび３８ｃは、発光素子１５の角部の電極から電極パッド３３ａおよび３３ｃに接続されている。

本発明の発光装置は、このような構成により、発光素子１５から放射された光をパッケージの外部に取り出す効率を向上させ、発光輝度の向上を図ることができる。すなわち、四角形状の発光素子１５は、光の放射量が角部より辺側において多いため、パッケージ外部への光の取出しの妨げとなるボンディングワイヤ３８を四角形状の発光素子１５の角部に接続することにより、発光素子１５の辺側から放射された光をパッケージの外部へ効率よく取り出すことが可能となる。

また、本発明の発光装置は、第１の枠部１２ａの開口形状が円形状であるとともに第２の枠部３２ｂの開口形状が四角形状であり、電極パッド３３ａ〜３３ｄが第２の枠部３２ｂの内側の角部に配置されていることにより、電極パッド３３ａ〜３３ｄの面積を十分に確保することができ、かつ、発光装置の実装面積を小さくすることが可能となる。

また、本発明の発光素子収納用パッケージにおいて、複数の電極パッド３３ａ〜３３ｄは、等間隔に配置されている。図３の発光素子収納用パッケージにおいて、電極パッド３３ａ〜３３ｄは、それぞれ四角形状のパッケージ対角線上に形成され、全体として等間隔に配置されている。本発明の発光素子収納用パッケージは、ボンディングワイヤ３８の接続箇所が均等に配置されるため、発光素子１５から放射された光を、パッケージの上方に均一に取り出すことができ、発光装置の発光輝度の均一化を図ることが可能となる。

また、４つの電極パッド３３ａ〜３３ｄのうち、例えば２つの電極パッド３３ａおよび３３ｃを主の接続パッドとして用いて、残りの２つの電極パッド３３ｂおよび３３ｄを補助接続パッドとして用いてもよい。この場合には、電極パッド３３ｂとこれに対応する発光素子１５の角部とがボンディングワイヤで接続され、電極パッド３３ｄとこれに対応する発光素子１５の角部とがボンディングワイヤで接続される。このような構成により、発光素子１５と電極パッド３３ａおよび３３ｃとの電気的接続に問題が生じた場合にも、補助の電極パッド３３ｂおよび３３ｄから発光素子１５に電源電圧を供給することが可能となる。

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、第１の枠部１２ａの内面に形成された第１の反射層１４ａおよび第２の枠部１２ｂの内面に形成された第２の反射層１４ｂは、蒸着により被着されたものであっても良い。さらに、第１の枠部１２ａの内面および第２の枠部１２ｂの内面に金属製の枠状部材（例えば、金属板等）を接合させてもよい。この場合、パッケージの放熱性を向上させることができる。

本発明の発光素子収納用パッケージの第１の実施の形態の構造を示す平面図である。 図１に示した発光素子収納用パッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。 本発明の発光素子収納用パッケージの第２の実施の形態の構造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構造を示す断面図である。

符号の説明

１１・・・基部
１１ａ・・搭載領域
１２・・・枠部
１２ａ・・第１の枠部
１２ｂ・・第２の枠部
１３・・・電極パッド
１４・・・反射層
１４ａ・・第１の反射層
１４ｂ・・第２の反射層
１５・・・発光素子
１６ａ・・外部接続端子
１７・・・配線導体
１８・・・ボンディングワイヤ
１９・・・透光性部材

Claims (5)

1. 発光素子が搭載される搭載領域を有する基部と、該基部上に前記搭載領域を取り囲むように形成された第１の枠部と、該第１の枠部の上面に形成され、前記発光素子の電極に電気的に接続される電極パッドと、前記第１の枠部上に形成された第２の枠部と、前記基部の上面および前記第１の枠部の内側面に連続的に形成された第１の反射層と、前記第２の枠部の内側面に形成された第２の反射層とを備えていることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
2. 前記第１の枠部の開口形状と前記第２の枠部の開口形状とが同じであることを特徴とする請求項１記載の発光素子収納用パッケージ。
3. 請求項１または請求項２に記載の発光素子収納用パッケージと、該発光素子収納用パッケージの前記搭載領域に搭載され、電極が前記電極パッドに電気的に接続された発光素子とを備えていることを特徴とする発光装置。
4. 前記電極パッドが、四角形状の前記発光素子の対角線の延長線上に配置されており、前記四角形状の発光素子の角部と前記電極パッドとがボンディングワイヤにより接続されていることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
5. 前記第１の枠部の開口形状が円形状であるとともに前記第２の枠部の開口形状が四角形状であり、前記電極パッドが前記第２の枠部の内側の角部に配置されていることを特徴とする請求項４記載の発光装置。

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