JP2006261292A - 発光素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ部に発光素子からの発光波長を変換して発光する蛍光体層を設けても発光効率の低下がなく、発光色の色むらのない発光素子収納用パッケージを提供する。
【解決手段】絶縁基体１１と、上面側より下面側の開口径を大きくするすり鉢状の貫通孔１３を設ける枠体１２とを接合して有し、絶縁基体１１の表面と、貫通孔１３の壁面とで形成される発光素子１４を収納するためのキャビティ部１５に発光素子１４が搭載された後、発光素子１４の光が透過されると共に、発光素子１４が気密に封止するための蓋体１９を有する発光素子収納用パッケージ１０であって、枠体１２の貫通孔１３の壁面に、発光素子１４からの発光波長を変換して発光する蛍光体層１６を有すると共に、キャビティ部１５の底面となる絶縁基体１１の表面に、発光素子１４が収納された後、蓋体１９がキャビティ部１５を中空状態にして枠体１２の上面に接合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発行ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという。）等の発光素子をセラミック基板上に搭載し収納するための発光素子収納用パッケージに関し、より詳細には、ＬＥＤ等の発光素子の発光効率を向上できる発光素子収納用パッケージに関する。

従来からＬＥＤ等の発光素子から光を発光させ、各種デバイスとして機能させるためには、発光素子を樹脂製や、セラミック製等の発光素子収納用パッケージに収納して用いられるようになっている。この発光素子収納用パッケージに収納されるＬＥＤは、例えば、単色性のピーク波長を有し、種々の発光色を得るために、２種類以上の発光素子と、特定波長領域で反応する数種の蛍光物質の混合体を利用した光の混色によって蛍光体からの発光色を様々な発光色とする発光を行っている。また、白色の発光色を得るためには、発光素子に青色系を発光する発光素子と、この青色系の光を吸収して補色関係にある黄色系を発光する蛍光体を用い、発光素子からの光の混色によって蛍光体からの発光色を白色となるようにしている。

図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、従来のパッケージの発光素子を収納する部位であるキャビティ部に蛍光体を設ける発光素子収納用パッケージを説明する。ここで、図３（Ａ）は発光素子をキャビティ部に搭載後蛍光物質を含有する樹脂体を充填し硬化して封止する発光素子収納用パッケージの説明図、図３（Ｂ）は発光素子をキャビティ部に搭載後、粉粒体の蛍光物質を充填し蓋体を載置して封止する発光素子収納用パッケージの説明図である。図３（Ａ）に示すように、従来の発光素子収納用パッケージ５０は、樹脂製や、セラミック製等からなる絶縁基体５１や、枠体５２によって形成される凹部からなるキャビティ部５３に、発光素子５４が収納できるようになっている。キャビティ部５３に搭載された発光素子５４は、ボンディングワイヤ５５で絶縁基体５１に形成された導体配線（図示せず）と電気的に導通状態としている。そして、ボンディングワイヤ５５を含めて発光素子５４が搭載されたキャビティ部５３は、エポキシや、シリコーン樹脂に粉末状の蛍光物質５６を混合させた透明の樹脂体５７で充填した後、この樹脂体５７を硬化させることで、発光素子５４を気密に封止している。この発光素子５４が実装された発光素子収納用パッケージ５０は、発光素子５４からの光を蛍光物質５６で発光波長を変換して透明な樹脂体５７の前方に発光色が出せるようになっている。図３（Ｂ）に示すように、従来の他の発光素子収納用パッケージ５０ａは、樹脂製や、セラミック製等からなる絶縁基体５１や、枠体５２によって形成される凹部からなるキャビティ部５３に、発光素子５４が収納できるようになっている。キャビティ部５３に搭載された発光素子５４は、ボンディングワイヤ５５で絶縁基体５１に形成された導体配線（図示せず）と電気的に導通状態としている。そして、ボンディングワイヤ５５を含めて発光素子５４が搭載されたキャビティ部５３は、粉末状の蛍光物質５６を充填した後、蛍光物質５６の上方に透明なガラス板や、レンズ等からなる蓋体５８を被せ、この蓋体５８を枠体５２の上面のキャビティ部５３外周部に接合させて、発光素子５４を気密に封止している。この発光素子５４が実装された発光素子収納用パッケージ５０ａは、発光素子５４からの光を蛍光物質５６で発光波長を変換して透明な蓋体５８の前方に発光色が出せるようになっている。

従来のＬＥＤの発光素子を搭載するＬＥＤデバイスには、色再現性がよく、高輝度な光源としてのＬＥＤデバイスを提供するために、上面開口のすり鉢状の凹部を有し、凹部の内壁面を反射面とした枠体と、凹部の内底面に配置されたＬＥＤチップ（発光素子）と、ＬＥＤチップからの発光の一部を吸収し、波長変換して発光する蛍光体を含み、凹部内に充填された透光性の樹脂とを備えるＬＥＤデバイスにおいて、反射面に蛍光体を含む蛍光体層を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）及びその製造方法には、発光むら、色むらや、形成された発光ダイオード間における発光バラツキが少なく、歩留りの高い蛍光物質を利用した発光ダイオードを提供するために、基板上に配置された発光素子と、蛍光物質が含有された透光性樹脂とを有する発光ダイオードとするものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１２８３９３号公報 特開２０００−２２３７５０号公報

しかしながら、前述したような従来の発光素子収納用パッケージは、次のような問題がある。
（１）従来の発光素子収納用パッケージのキャビティ部に粉末状の蛍光物質を含有させた透明な樹脂体で充填した後、この樹脂体を硬化させることで、発光素子を気密に封止する場合には、発光素子からの光を蛍光物質で発光波長を変換して透明な樹脂体の前方に発光色が出せるようにしているが、光が透明な樹脂体を通過する間の発光効率が悪く、透明な樹脂体から外部へ発光する発光効率の低下となっている。
（２）従来の発光素子収納用パッケージのキャビティ部に粉末状の蛍光物質を充填した後、蛍光物質の上方に透明なガラス板や、レンズ等からなる蓋体被せ、この蓋体を枠体の上面のキャビティ部外周部に接合させて、発光素子を気密に封止する場合には、発光素子からの光を蛍光物質で発光波長を変換して透明な蓋体の前方に発光色が出せるようにしているが、キャビティ部内で自由に流動浮遊する蛍光物質がパッケージの静止と共に下方に沈殿して均一な発光を阻害し、発光色の色むらの原因となっている。
（３）特開２００４−１２８３９３号公報や、特開２０００−２２３７５０号公報に示すような発光素子収納用パッケージは、キャビティ部に粉末状の蛍光物質を含有させた透明な樹脂体で充填した後、この樹脂体を硬化させるので、例え、枠体のすり鉢状の凹部の壁面である反射板に蛍光体を含む蛍光体層を形成したとしても、光が透明な樹脂体を通過する間の発光効率が悪く、透明な樹脂体から外部へ発光する発光効率の低下となっている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、キャビティ部に発光素子からの発光波長を変換して発光する蛍光体層を設けても発光効率の低下がなく、発光色の色むらが発生しない発光素子収納用パッケージを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る発光素子収納用パッケージは、絶縁基体と、上面側より下面側の開口径を大きくするすり鉢状の貫通孔を設ける枠体とを接合して有し、絶縁基体の表面と、貫通孔の壁面とで形成される発光素子を収納するためのキャビティ部に発光素子が搭載された後、発光素子の光が透過されると共に、発光素子が気密に封止するための蓋体を有する発光素子収納用パッケージであって、枠体の貫通孔の壁面に、発光素子からの発光波長を変換して発光する蛍光体層を有すると共に、キャビティ部の底面となる絶縁基体の表面に、発光素子が収納された後、蓋体がキャビティ部を中空状態にして枠体の上面に接合される。
ここで、発光素子収納用パッケージは、枠体のすり鉢状の貫通孔の壁面にめっき被膜を有し、めっき被膜の上面に蛍光体層を有するのがよい。

請求項１又はこれに従属する請求項２記載の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体と、上面側より下面側の開口径を大きくするすり鉢状の貫通孔を設ける枠体とを接合して有し、絶縁基体の表面と、貫通孔の壁面とで形成される発光素子を収納するためのキャビティ部に発光素子が搭載された後、発光素子の光が透過されると共に、発光素子が気密に封止するための蓋体を有する発光素子収納用パッケージであって、枠体の貫通孔の壁面に、発光素子からの発光波長を変換して発光する蛍光体層を有すると共に、蓋体がキャビティ部の底面となる絶縁基体の表面に、発光素子が収納された後、キャビティ部を中空状態にして枠体の上面に接合されるので、発光素子からの光、及び枠体の貫通孔の壁面である反射板の蛍光体層で発光波長を変換された光を樹脂で遮られることなくキャビティ部を中空状態にして発光でき、発光効率の低下を防止することができる。

特に、請求項２記載の発光素子収納用パッケージは、枠体のすり鉢状の貫通孔の壁面にめっき被膜を有し、めっき被膜の上面に蛍光体層を有するので、貫通孔の壁面を反射面としてそれに形成されためっき被膜によって反射効率がより向上されて発光でき、蛍光体層で発光波長が変換された光の発光効率を向上させることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの断面図、図２は同発光素子収納用パッケージの変形例の断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージ１０は、樹脂製、又はセラミック製からなる絶縁基体１１と、樹脂製、セラミック製、又は金属製からなる枠体１２を接合して有している。この枠体１２には、上面側より下面側の開口径を大きくするすり鉢状の貫通孔１３が設けられている。この発光素子収納用パッケージ１０は、絶縁基体１１の上面側の表面と、枠体１２の貫通孔１３の壁面とで形成される平面視した時に、矩形状や、多角形や、円形等からなる空間部をＬＥＤ等の発光素子１４を収納するためのキャビティ部１５としている。そして、発光素子収納用パッケージ１０は、このキャビティ部１５に発光素子１４が搭載された後に、発光素子１４から発光する光がすり鉢状の貫通孔１３の壁面を反射面として上方に透過されるようになっている。すり鉢状の壁面は、外側に向けて開口径を大きくして開いているので、発光素子１４から発する光を効率よく反射させて光出力を向上させることができるようになっている。この発光素子収納用パッケージ１０は、枠体１２の貫通孔１３の壁面に、例えば、ＬＥＤからなる発光素子１４からの発光波長を変換して発光する蛍光体層１６を有している。そして、この発光素子収納用パッケージ１０は、発光素子１４を収納したキャビティ部１５には、蛍光物質が充填されるものではない。なお、枠体１２のすり鉢状の貫通孔１３は、壁面の稜線が直線状に限定されるものではなく、例えば、椀形の形状のような曲線状のものであってもよい。

発光素子収納用パッケージ１０に収納される発光素子１４は、単色性のピーク波長を有しているので、種々の発光色を得るためには、２種類以上のＬＥＤと、特定波長領域で反応する数種の蛍光物質の混合体からなる蛍光体層１６を利用して行っている。そして、発光素子１４からの光は、光の混色によって蛍光体層１６からの発光色を様々な発光色になるようにして貫通孔１３の壁面である反射板で反射させて発光素子収納用パッケージ１０の上面側に発光している。また、白色の発光色を得るためには、発光素子１４に青色系を発光するＬＥＤと、この青色系の光を吸収して補色関係にある黄色系を発光する蛍光物質からなる蛍光体層１６を用いて行っている。そして、発光素子１４からの光は、光の混色によって蛍光体層１６からの発光色を白色となるようにして貫通孔１３の壁面である反射板で反射させて発光素子収納用パッケージ１０の上面側に発光している。このような発光素子１４を用いて、所望の発光色を発光させるためには、それぞれの光を精度よく発光させて、混色の調整を行う必要があるが、発光素子１４に用いる半導体や、これを駆動させるための駆動電流等により調整させることができる。また、蛍光体層１６によって波長変換される光も、蛍光物質の組成や、粒径等を制御することで、ある程度調整することができる。

この発光素子収納用パッケージ１０には、様々な形態のものがある。セラミック製の発光素子収納用パッケージ１０の場合には、例えば、絶縁基体１１がアルミナや、低温焼成セラミックや、窒化アルミニウム等からなるセラミックグリーンシートにタングステンや、モリブデン等からなる導体配線パターンを形成した１又は複数枚と、枠体１２が同じセラミックグリーンシートに貫通孔１３を形成した１又は複数枚を重ね合わせて積層し焼成して形成した多層セラミックパッケージとして形成されるものがある。また、セラミック製の発光素子収納用パッケージ１０には、例えば、１又は複数枚の積層体のセラミックグリーンシートを焼成して形成した平板状のセラミック基板からなる絶縁基体１１に、セラミック粉末を用いて貫通孔１３を設けるようにしてプレス成形し焼成したプレス成形セラミック基板を接着材で接合して形成されるものがある。更に、セラミック製の絶縁基体１１と、他の材質からなる枠体１２の接合体からなる発光素子収納用パッケージ１０には、１又は複数枚の積層体のセラミックグリーンシートを焼成して形成した平板状のセラミック基板からなる絶縁基体１１に、例えば、ポリイミドや、エポキシや、アクリル等の樹脂と、セラミックと熱膨張係数を近似させるためにセラミック粉末とを混合させたモールド樹脂を用いて貫通孔１３を設けるようにしてモールド樹脂成形した成形樹脂基板や、貫通孔１３を設けるように加工した金属板等からなる枠体１２を接着材で接合して形成されるものがある。

樹脂製の発光素子収納用パッケージ１０の場合には、例えば、ポリイミドや、エポキシや、アクリル等の樹脂を用いて絶縁基体１１と枠体１２を一体的にしてモールド樹脂成形したモールド樹脂パッケージとして形成されるものがある。また、樹脂製の発光素子収納用パッケージ１０には、例えば、ＢＴ樹脂（ビスマレイミドトリアジンを主成分にした樹脂）や、ポリイミド樹脂等からなるコアーに銅箔及び／又は銅めっき被膜からなる導体配線パターンを形成した平板状の樹脂基板からなる絶縁基体１１に、例えば、ポリイミドや、エポキシや、アクリル等の樹脂モールド樹脂を用いて貫通孔１３を設けるようにしてモールド樹脂成形した成形樹脂基板等からなる枠体１２を接着材で接合して形成されるものがある。更に、樹脂製の絶縁基体１１と、他の材質からなる枠体１２の接合体からなる発光素子収納用パッケージ１０には、例えば、ＢＴ樹脂や、ポリイミド樹脂等からなるコアーに銅箔及び／又は銅めっき被膜からなる導体配線パターンを形成した平板状の樹脂基板からなる絶縁基体１１に、貫通孔１３を設けるように加工した金属板等からなる枠体１２を接着材で接合して形成されるものがある。

発光素子収納用パッケージ１０には、１個のキャビティ部１５の中に１個の発光素子１４が搭載できるものと、１個のキャビティ部１５の中に複数個の発光素子１４が搭載できるものがある。また、発光素子収納用パッケージ１０には、大型の絶縁基板１１に複数個の貫通孔１３を有する枠体１２を接合して形成されるそれぞれのキャビティ部１５に、発光素子１４が搭載できるようになっているものがある。発光素子収納用パッケージ１０に複数個の発光素子１４を搭載させたものは、例えば、照明器具として用いることができる。なお、枠体１２は、絶縁基体１１と同じ外形寸法であってもよく、又はキャビティ部１５を形成する周囲部分に設けるものであってもよい。

図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージ１０の変形例の発光素子収納用パッケージ１０ａは、枠体１２のすり鉢状の貫通孔１３の壁面に銀や、金や、プラチナ等からなるめっき被膜１７を設けるのがよい。そして、発光素子収納用パッケージ１０ａは、このめっき被膜１７の上面に蛍光体層１６を有している。キャビティ部１５の絶縁基体１１の上面に搭載された発光素子１４から発光した光は、蛍光体層１６で発光波長を変換して発光した後、貫通孔１３の壁面である反射面に形成されためっき被膜１７によって光の反射効率を向上させてパッケージの上面側に蓋体１９を通して外部に発光させることができる。

なお、発光素子収納用パッケージ１０、１０ａには、キャビティ部１５の底面に発光素子１４が搭載され、発光素子１４と、絶縁基体１１に形成された接続端子パッド（図示せず）をボンディングワイヤ１８で接続している。そして、更にこの接続端子パッドは、絶縁基体１１に形成された導体配線パターンやビア導体等を介して接続する外部と電気的に導通させるための外部接続端子（図示せず）を絶縁基体１１の上面側や、下面側に延設させて設けている。また、この発光素子収納用パッケージ１０、１０ａは、キャビティ部１５に発光素子１４が収納された後、キャビティ部１５を中空状態にして枠体１２の上面のキャビティ部１５外周縁部にガラス板や、レンズ等からなる蓋体１９を接合させて発光素子１４を気密に封止するようにしている。

本発明の発光素子収納用パッケージは、ＬＥＤ等の発光素子を搭載させて照明や、ディスプレイ等に用いることができる。

本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの断面図である。 同発光素子収納用パッケージの変形例の断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ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

１０、１０ａ：発光素子収納用パッケージ、１１：絶縁基体、１２：枠体、１３：貫通孔、１４：発光素子、１５：キャビティ部、１６：蛍光体層、１７：めっき被膜、１８：ボンディングワイヤ、１９：蓋体

Claims (2)

1. 絶縁基体と、上面側より下面側の開口径を大きくするすり鉢状の貫通孔を設ける枠体とを接合して有し、前記絶縁基体の表面と、前記貫通孔の壁面とで形成される発光素子を収納するためのキャビティ部に前記発光素子が搭載された後、前記発光素子の光が透過されると共に、前記発光素子が気密に封止するための蓋体を有する発光素子収納用パッケージであって、
   前記枠体の前記貫通孔の壁面に、前記発光素子からの発光波長を変換して発光する蛍光体層を有すると共に、前記キャビティ部の底面となる前記絶縁基体の表面に、前記発光素子が収納された後、前記蓋体が前記キャビティ部を中空状態にして前記枠体の上面に接合されることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
2. 請求項１記載の発光素子収納用パッケージにおいて、前記枠体のすり鉢状の前記貫通孔の壁面にめっき被膜を有し、該めっき被膜の上面に前記蛍光体層を有することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。

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