JP2007266343A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＬＥＤ素子を用いた発光装置に封止材としてシリコーン系材料の構造を含有する樹脂を使用する際、金属からなる光反射層の変色を抑制して、長期信頼性を向上させた発光装置を提供する。
【解決手段】有機化合物からなる有機皮膜５０をリード部５の表面に設けることにより、金属からなる光反射層であるＡｇメッキ層５５との安定した結合性を有し、銀表面の化学的変化を抑制して長期にわたって光反射性の良好な発光装置が得られる。また、樹脂封止部４を構成するシリコーンにＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)等の黄色蛍光体を含有し、ＬＥＤ素子２から発せられる青色光で蛍光体を励起することにより得られる黄色光との混合に基づく白色光を放射させる波長変換型の発光装置１であっても良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源としてのIII族窒化物系化合物半導体からなる発光素子に給電部材を介して電力を供給する発光装置に関し、特に、封止材としてシリコーン系材料の構造を含有する樹脂を使用する際、金属からなる光反射層の変色を抑制して、長期信頼性を向上させた発光装置に関する。
III族窒化物系化合物半導体からなる発光素子として、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた発光素子が知られている。ＧａＮ系発光素子は、紫外領域から可視領域にかけての発光特性を有し、蛍光体等の波長変換部手段を用いて波長変換することにより高輝度の白色光が得られることから、白色光源としての種々の提案がなされている。
このようなＧａＮ系発光素子を用いた発光装置の輝度を向上させるために、光放射方向以外の方向に発せられる光を反射して効率良くパッケージの外部に取り出せるように、リード部等の給電部材表面に光反射層を設けることが知られている。
例えば、銅（Ｃｕ）からなるリード部を用いた表面実装型の発光装置において、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を実装する素子実装部に露出したリード部の表面に銀（Ａｇ）からなる光反射層をメッキにより設けることで、リード面に入射する光を反射させることができる。
しかし、金属からなる光反射層は、封止材料のガス透過性や熱によって変色すると、反射率が低下するという不都合がある。ＬＥＤ素子を用いた発光装置は、封止材としてエポキシ樹脂を使用することが従来は主流であった。しかし近年、ＬＥＤ素子の高輝度化、高出力化に伴い、封止材としてシリコーン系材料の構造を含有する樹脂を使用する場合が多くなってきている。シリコーン系材料の構造を含有する樹脂は、耐熱性や耐光性がエポキシ樹脂よりも優れている反面、ガス透過性が大きいことや、硬化触媒として白金を使用するなど、エポキシ樹脂とは異なる点もある。このような差異があるため、封止材をエポキシ樹脂からシリコーン系材料の構造を含有する樹脂へ置き換えるためには、依然課題も多い。そのような状況の中、シリコーン系材料の構造を含有する樹脂を封止材に使用する場合、金属からなる光反射層の変色および反射率の低下が顕著になり、長期信頼性の維持が困難になることが近年課題として挙げられている。光反射層は、金、銀、銅、パラジウム、アルミニウム、ロジウム、クロム、ニッケル、スズなどの金属から選ばれるの少なくとも一つを含むものが用いられる。これらの中でＡｇは特に変質し易い。
かかる不都合を解消するものとして、電極用Ａｇメッキ端子の変色を防止する皮膜をＡｇ変色防止処理として施すものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平２−２９８０８４号公報
しかし、特許文献１のＬＥＤ素子を用いた発光装置では、封止材としてエポキシ樹脂を用いた場合の効果を謳ったものである。近年、前述の如く、ＬＥＤ素子の高輝度化、高出力化に伴い、封止材としてシリコーン系材料の構造を含有する樹脂を使用する場合が多くなってきている。シリコーン系材料の構造を含有する樹脂を封止材に使用する場合、金属の変色および反射率の低下が顕著になることが近年課題として挙げられている。また、近年の高輝度化、大出力化の要望が著しいＧａＮ系ＬＥＤ素子を用いた発光装置にあっては、通電量の増大に伴って発熱量も増大する傾向にあり、変色防止効果のある有機化合物の選択には、金属からなる光反射層との安定した結合を有すること、耐熱性に優れることなどを十分に考慮しなければならない。
従って、本発明の目的は、ＬＥＤ素子を用いた発光装置に封止材としてシリコーン系材料の構造を含有する樹脂を使用する際、金属からなる光反射層の変色を抑制して、発光装置の長期信頼性を向上させることにある。
（１）本発明は、上記の目的を達成するため、導電性材料によって形成されて表面に金属からなる光反射層を有し、前記光反射層の表面に有機化合物からなる保護層を有する給電部材を介してＬＥＤ素子に給電する発光装置を提供する。
このような構成によれば、給電部材の表面に設けられる金属からなる光反射層に対して有機化合物からなる保護層による安定した結合性が得られるとともに、熱負荷等による変色防止効果の低下を抑えることができる。
（２）本発明は、上記の目的を達成するため、導電性材料によって形成されて表面に金属からなる光反射層を有し、前記光反射層の表面に有機化合物からなる保護層を有する給電部材を介してIII族窒化物系化合物半導体からなるＬＥＤ素子に給電する発光装置を提供する。
このような構成によれば、給電部材の表面に設けられる金属からなる光反射層に対して有機化合物からなる保護層による安定した結合性が得られるとともに、III族窒化物系化合物半導体からなるＬＥＤ素子から発せられる大光量の光に基づく熱負荷等による変色防止効果の低下を抑えることができる。
（３）本発明は、上記の目的を達成するため、導電性材料によって形成されて表面に金属からなる光反射層を有し、前記光反射層の表面にトリアゾール、イミダゾール、トリアジン、チアゾール、メルカプタン、チオシアン酸、ベンゼン、シリケート、チタネート、アミン、カルボニル、テトラゾールから選ばれる少なくとも１つの構造を含む有機化合物からなる保護層を有する給電部材を介してIII族窒化物系化合物半導体からなるＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子に給電する発光装置を提供する。
このような構成によれば、給電部材の表面に設けられる金属からなる光反射層に対してトリアゾール、イミダゾール、トリアジン、チアゾール、メルカプタン、チオシアン酸、ベンゼン、シリケート、チタネート、アミン、カルボニル、テトラゾールから選ばれる少なくとも１つの構造を含む有機化合物からなる保護層による安定した結合性が得られるとともに、III族窒化物系化合物半導体からなるＬＥＤ素子から発せられる大光量の光に基づく熱負荷等による変色防止効果の低下を抑えることができる。
光反射層は、金、銀、銅、パラジウム、アルミニウム、ロジウム、クロム、ニッケル、スズなどの金属から選ばれるの少なくとも一つを含むものが用いられる。これらの中で青色光に対して高い反射率を持つ銀が好ましく用いられる。
本発明によると、ＬＥＤ素子を用いた発光装置に封止材としてシリコーン系材料の構造を含有する樹脂を使用する際、金属からなる光反射層の変色を抑制して、発光装置の長期信頼性を向上させることができる。
（本発明の第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る表面実装型の発光装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は発光素子を示す縦断面図、（ｃ）は（ａ）のリード部の拡大断面図である。
この発光装置１は、サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を結晶成長させることによって形成されるＬＥＤ素子２と、光反射性を有する白色樹脂やセラミックスによって形成されるケース部３と、ＬＥＤ素子２を収容したケース部３の開口部を封止する樹脂封止部４と、ケース部３内に収容されるＬＥＤ素子２に電力を供給し、光反射層として表面に設けられるＡｇメッキ層上に保護層として有機化合物からなる有機皮膜５０を有するリード部５と、ＬＥＤ素子２のｐ側とｎ側の電極を給電部材であるリード部に電気的に接続する金（Ａｕ）からなるワイヤ６とを有して形成されている。
ＬＥＤ素子２は、図１（ｂ）に示すように、ｐ側およびｎ側の電極を水平方向に配置した水平型の発光素子であり、III族窒化物系化合物半導体を成長させる成長基板であるサファイア基板２０１と、サファイア基板２０１上に形成されるＡｌＮバッファ層２０２と、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ：Ｓｉクラッド層２０３と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸構造を有するＭＱＷ２０４と、Ｍｇドープのｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ：Ｍｇクラッド層２０５と、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ：Ｍｇコンタクト層２０６と、ｐ型ＧａＮ：Ｍｇコンタクト層２０６に電流を拡散させるＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透光性電極２０７とを順次積層して形成されており、ＡｌＮバッファ層２０２からｐ型ＧａＮ：Ｍｇコンタクト層２０６までを有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法によって形成している。
また、透光性電極２０７の表面にはＡｕからなるパッド電極２０８が設けられており、発光素子部のｐ型ＧａＮ：Ｍｇコンタクト層２０６からｎ型ＧａＮ：Ｓｉクラッド層２０３までをエッチングによって除去したｎ型ＧａＮ：Ｓｉクラッド層２０３にはＡｌからなるｎ側電極２０９が設けられている。
ＭＱＷ２０４は、ＩｎＧａＮ井戸層およびＧａＮ障壁層を４ペアで形成しているが、３〜６ペアで形成することも可能である。
この発光装置１は、パッド電極２０８およびｎ側電極２０９に対し外部から電力を供給することにより、ＬＥＤ素子２のＭＱＷ２０４におけるＩｎＧａＮ井戸層で電子と正孔の再結合が生じて発光波長４６０〜４６５ｎｍの青色光を発する。この青色光は樹脂封止部４を透過してケース部３の外部に放射される。
ケース部３は、ナイロン、アクリル等の樹脂材料、あるいはアルミナ等のセラミックス材料によって形成されており、その内側に設けられる開口部に収容されるＬＥＤ素子２から発せられる青色光の反射効率を高める光反射材としてＴｉＯ２を含有している。なお、光反射材として、ＴｉＯ２のほかにＢａを混合しても良い。
樹脂封止部４は、シリコーンからなり、ケース部３の開口部内に収容されるＬＥＤ素子２および開口部内に露出しているリード部５を封止する。
リード部５は、図１（ｃ）に示すように、銅合金からなる銅リード材５１の表面にＮｉメッキ層５２、パラジウムメッキ層５３、Ａｕフラッシュメッキ層５４、Ａｇメッキ層５５を順次積層して形成されており、Ａｇメッキ層５５の表面には、有機化合物からなる有機皮膜５０が設けられている。この有機皮膜５０は、Ａｇメッキ層５５を形成した後に、選択した有機化合物を含む液体を入れた浴槽をくぐらせ、その後水洗浄および乾燥することで得られる。
有機皮膜５０は、トリアゾール、イミダゾール、トリアジン、チアゾール、メルカプタン、チオシアン酸、ベンゼン、シリケート、チタネート、アミン、カルボニル、テトラゾールから選ばれる少なくとも１つの構造を含む有機化合物によってＡｇメッキ面を表面処理するものである。
更に詳しくは、ベンゾトリアゾール化合物、トリアゾール化合物、チオシアン酸系化合物、シラン化合物、チタン化合物、トリアジン化合物、ベンゾイミダゾール化合物、イミダゾール化合物、メルカプトカルボンおよび／またはそれらの塩を含む化合物、チアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、チオナリド、オキサゾール化合物、チオール化合物、テトラゾール、アルキルアミノトリアゾール類化合物、高級アルキルアミン化合物、高級アルキルアミン化合物のエチレンオキサイド付加物、α−ジカルボニル化合物、α−ジカルボニル化合物のアミン付加物、β−ジカルボニル化合物、β−ジカルボニル化合物のアミン付加物の少なくとも一つを含むものであり、この中で好ましくは、ベンゾトリアゾール化合物、トリアゾール化合物、チオシアン酸系化合物、シラン化合物、チタン化合物、トリアジン化合物、ベンゾイミダゾール化合物、イミダゾール化合物、メルカプトカルボンおよび／またはそれらの塩を含む化合物、チアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、チオナリド、オキサゾール化合物、チオール化合物、の少なくとも一つを含むものであり、この中で更に好ましくは、ベンゾトリアゾール化合物、トリアゾール化合物、チオシアン酸系化合物、シラン化合物、ベンゾイミダゾール化合物、イミダゾール化合物、チアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、チオール系化合物の少なくとも一つを含むものである。
（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、有機化合物からなる有機皮膜５０をリード部５の表面に設けることにより、Ａｇメッキ層５５との安定した結合性を有し、銀表面の化学的変化を抑制して長期にわたって光反射性の良好な発光装置が得られる。
なお、第１の実施の形態では、III族窒化物系化合物半導体からなるＬＥＤ素子２から発せられる青色光を放射する発光装置１について説明したが、例えば、樹脂封止部４を構成するシリコーンにＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)等の黄色蛍光体を含有し、ＬＥＤ素子２から発せられる青色光で蛍光体を励起することにより得られる黄色光と青色光との混合に基づく白色光を放射する波長変換型の発光装置１であっても良い。
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る表面実装型の発光装置を示す縦断面図である。
第２の実施の形態の発光装置１は、ケース部３の内側に傾斜した光反射面３０を有し、ＬＥＤ素子２から発せられて光反射面３０に入射する光を傾斜角に基づく方向に反射することによって外部取り出し効率を高めるように構成されている点で第１の実施の形態と相違している。
なお、光反射面３０は、その表面にアルミニウム（Ａｌ）等の光反射性材料からなる光反射膜を設けるように形成しても良い。
（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えてケース部３の光反射面３０でＬＥＤ素子２から発せられた青色光を反射し、外部に効率良く放射させることができるので、高輝度の発光装置１が得られる。
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る砲弾型の発光装置を示す縦断面図である。
第３の実施の形態の発光装置１は、熱伝導性に優れる銅合金からなるリード部５Ａ、５Ｂと、リード部５Ｂに圧痕形成されたカップ部５６内に接着固定されて青色光を発するＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２の電極とリード部５Ａおよび５Ｂとを電気的に接続するワイヤ６と、青色光によって励起されて黄色光を発する蛍光体５６１をシリコーンに含有し、ＬＥＤ素子２を収容したカップ部５６を封止するコーティング樹脂５６０と、エポキシ樹脂からなりリード部５Ａ，５Ｂ、およびワイヤ６を一体的に封止する無色透明の樹脂封止部４とを有する。
カップ部５６は、ＬＥＤ素子２から発せられる青色光を光取り出し方向に反射するように傾斜して設けられる側壁部５７と、ＬＥＤ素子２を搭載する底部５８とを有し、リード部５Ｂのプレス加工時に圧痕形成される。
リード部５Ａ，５Ｂについては、表面に光反射性を付与するためのＡｇメッキ層（不図示）が設けられており、その表面に第１の実施の形態で説明した有機化合物からなる有機皮膜５０が設けられている。
樹脂封止部４は、光取出し方向となる先端部に半球状の光学形状面４０を有し、ＬＥＤ素子２から発せられる光を光学形状に基づいて集光して、光学形状に応じた照射範囲に放射する。この樹脂封止部４は、リード部５Ａと、ＬＥＤ素子２の搭載およびワイヤボンディング済のリード部５Ｂとを有するリードフレームを金型に収容し、この金型内にエポキシ樹脂を充填して熱硬化させることによるキャスティングモールド法によって形成することができる。
（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて砲弾型の発光装置１についてもリード部５に設けられるＡｇメッキ層の変色を有機皮膜５０によって長期にわたって抑制することができ、輝度の低下を防ぐことができる。
なお、本発明は、上記した各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。
例えば、リード部５上に設けられる有機皮膜５０について、上記した各実施の形態では１種の有機皮膜５０からなるものを説明したが、２種以上の有機皮膜５０を積層して設けることも可能である。また、各実施の形態で説明したＬＥＤ素子２は１個であったが、複数のＬＥＤ素子２を有する発光装置１に対する金属からなる光反射層変色防止対策として設けるものであっても良い。
また、金属からなる光反射層の厚みや、基材の金属種、および基材と金属からなる光反射層の間の層構成は上記した各実施の形態には限定されない。また、変色防止層５０の形成方法は、メッキ液の中に選択した有機化合物を添加しても良いし、金属からなる光反射層５５を形成した後に選択した有機化合物を噴霧しても良いし、金属からなる光反射層・封止樹脂界面へのブリーディング効果を期待して封止材、ダイアタッチ材、ケース樹脂に添加することも可能である。変色防止層５０は、Ａｇメッキ層５５が形成された直後に必ずしも形成する必要はないし、全面に形成されずに必要となる一部分のみに形成されていても良い。
本発明の第１実施の形態に係る表面実装型の発光装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のリード部の拡大断面図、（ｃ）は発光素子を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る表面実装型の発光装置を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る砲弾型の発光装置を示す縦断面図である。
符号の説明
１…発光装置、２…ＬＥＤ素子、３…ケース部、４…樹脂封止部、５…リード部、５Ａ，５Ｂ…リード部、６…ワイヤ、３０…光反射面、４０…光学形状面、５０…有機皮膜、５１…銅リード材、５２…Ｎｉメッキ層、５３…パラジウムメッキ層、５４…金フラッシュメッキ層、５５…Ａｇメッキ層、５６…カップ部、５７…側壁部、５８…底部、２０１…サファイア基板、２０２…ＡｌＮバッファ層、２０３…Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ：Ｓｉクラッド層、２０４…ＭＱＷ、２０５…ｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ：Ｍｇクラッド層、２０６…ｐ型ＧａＮ：Ｍｇコンタクト層、２０７…透光性電極、２０８…パッド電極、２０９…ｎ側電極、５６０…コーティング樹脂、５６１…蛍光体

Claims (8)

  1. 導電性材料によって形成されて表面に金属からなる光反射層を有し、前記光反射層の表面に有機化合物からなる保護層を有する給電部材を介してＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子に給電することを特徴とする発光装置。
  2. 導電性材料によって形成されて表面に金属からなる光反射層を有し、前記光反射層の表面に有機化合物からなる保護層を有する給電部材を介してIII族窒化物系化合物半導体からなるＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子に給電することを特徴とする発光装置。
  3. 導電性材料によって形成されて表面に金属からなる光反射層を有し、前記光反射層の表面にトリアゾール、イミダゾール、トリアジン、チアゾール、メルカプタン、チオシアン酸、ベンゼン、シリケート、チタネート、アミン、カルボニル、テトラゾールから選ばれる少なくとも１つの構造を含む有機化合物からなる保護層を有する給電部材を介してIII族窒化物系化合物半導体からなるＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子に給電することを特徴とする発光装置。
  4. 前記給電部材は、シリコーン系材料の構造を含有する樹脂によって封止されている請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
  5. 前記給電部材は、前記光反射層の前記金属としてＡｇを用いる請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
  6. 前記給電部材は、シリコーン系材料の構造を含有する樹脂によって封止されており、かつ、前記光反射層の前記金属としてＡｇを用いる請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
  7. 前記保護層は、前記有機化合物として、ベンゾトリアゾール化合物、トリアゾール化合物、チオシアン酸系化合物、シラン化合物、チタン化合物、トリアジン化合部、ベンゾイミダゾール化合物、イミダゾール化合物、メルカブトカルボンおよび／またはそれらの塩を含む化合物、チアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、チオナリド、オキサゾール化合物、チオール化合物、テトラゾール、アルキルアミノトリアゾール類化合物、高級アルキルアミン化合物、高級アルキルアミン化合物のエチレンオキサイド付加物、α−ジカルボニル化合物、α−ジカルボニル化合物のアミン付加物、β−ジカルボニル化合物、β−ジカルボニル化合物のアミン付加物の少なくとも１つを含むものである請求項３に記載の発光装置。
  8. 前記保護層は、前記有機化合物として、ベンゾトリアゾール化合物、トリアゾール化合物、チオシアン酸系化合物、シラン化合物、チタン化合物、トリアジン化合部、ベンゾイミダゾール化合物、イミダゾール化合物、メルカブトカルボンおよび／またはそれらの塩を含む化合物、チアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、チオナリド、オキサゾール化合物、チオール化合物の少なくとも１つを含むものである請求項３に記載の発光装置。
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