JP2011198902A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リード表面に設けられた銀層の変質・変形が抑制され、光取り出し効率の低下が抑制されるとともに信頼性が改善された発光装置を提供する。
【解決手段】第１の導電体部と、前記導電体部の表面に設けられた第１の銀層と、前記第１の銀層の表面に設けられた透明導電膜と、を有する第１のリードと、前記第１のリードの上に設けられ、発光層を有する発光素子と、一方の端部が前記第１のリードの一方の端部と対向し、第２の導電体部と、前記第２の導電体部の表面に設けられた第２の銀層と、前記第２の銀層の上に設けられた透明導電膜と、を有する第２のリードと、前記発光素子と前記第２のリードとを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記第１のリードの他方の端部と前記第２のリードの他方の端部とが互いに反対方向に延在するように、前記第１および第２のリードを支持可能な支持体と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。
薄型発光装置では、発光素子チップが金属リード電極の上、または絶縁体に設けられ導電層からなる電極の上、に接着される。発光素子からの放出光が可視光波長範囲である場合、電極を構成する金属の反射率が高くない場合がある。例えば、４００〜５００ｎｍの波長範囲において、金の反射率は５０％以下と低い。また、銅の反射率も６０％以下であり、十分とは言えない。
他方、４００〜５００ｎｍの波長範囲において、銀の反射率は金や銅の反射率よりも高く、光取り出し効率を高めることが容易となる。しかしながら、銀は硫化水素との反応などにより表面が変質・変色することがある。また銀は、電界が印加されるとマイグレーションを生じることがある。
メッキ層の変色・変性を防止する光半導体装置用リードフレームに関する技術開示例がある（特許文献１）。この例では、リードフレームの純銀メッキ層の表面にＡｇ−Ａｕ合金メッキ層などからなり金属塩化物や金属硫化物に対して化学耐性を有する層が形成され、銀メッキ層の黒褐色化を防止する。
特開２００８−９１８１８号公報
リード表面に設けられた銀層の変質・変形が抑制され、光取り出し効率の低下が抑制されるとともに信頼性が改善された発光装置を提供する。
本発明の一態様によれば、第１の導電体部と、前記導電体部の表面に設けられた第１の銀層と、前記第１の銀層の表面に設けられた透明導電膜と、を有する第１のリードと、前記第１のリードの上に設けられ、発光層を有する発光素子と、一方の端部が前記第１のリードの一方の端部と対向し、第２の導電体部と、前記第２の導電体部の表面に設けられた第２の銀層と、前記第２の銀層の上に設けられた透明導電膜と、を有する第２のリードと、前記発光素子と前記第２のリードとを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記第１のリードの他方の端部と前記第２のリードの他方の端部とが互いに反対方向に延在するように、前記第１および第２のリードを支持可能な支持体と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。
リード表面に設けられた銀層の変質・変形が抑制され、光取り出し効率の低下が抑制されるとともに信頼性が改善された発光装置が提供される。
第１の実施形態にかかる発光装置の模式図 金属の光反射率を表すグラフ図 ＩＴＯの光の透過率を表すグラフ図 第２の実施形態にかかる発光装置の模式図 第３の実施形態にかかる発光装置の模式図 第４の実施形態にかかる発光装置の模式図 第５の実施形態にかかる発光装置の模式図 第６の実施形態にかかる発光装置の模式図
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿ったその模式断面図、である。
リードフレームには、無酸素銅やその合金からなる薄板状の母材に、銅ストライクメッキ層などからなる下地層、銀（Ａｇ）層、および透明導電膜、がこの順序で積層されている。すなわち、第１のリード１５は、母材に金属下地層がコートされた導電体部からなる導電層１０と、導電層１０の表面に設けられたＡｇ層１２と、Ａｇ層１２の表面に設けられた透明導電膜１４と、を有している。第２のリード２１は、導電層１６と、導電層１６の表面に設けられたＡｇ層１８と、Ａｇ層１８の表面に設けられた透明導電膜２０と、を有している。
例えば、無酸素銅や合金からなる薄板の厚さは０．２ｍｍ、Ａｇ層１２、１８の厚さは２μｍ、などとする。Ａｇ層１２、１８は、リードフレーム状態で、メッキ法などにより形成することができる。
透明導電膜１４、２０は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide)などからなる材料とし、Ａｇ層１２、１８の表面に、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成できる。なお、透明導電膜１４、２０については、のちに詳細に説明する。
第１のリード１５の一方の端部と、第２のリード２１の一方の端部と、は対向している。また第１のリード１５の他方の端部と、第２のリード２１の他方の端部と、は互いに反対方向に延在するように、熱可塑性樹脂などと一体に成型される。すなわち、この場合、成型体３４は、第１および第２のリード１５、２１の支持体である。
このようなパッケージはリードフレーム状に多数個連結されており、プレス加工、樹脂成型、曲げ加工などの工程を用いて量産可能である。パッケージサイズは、長さ３ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ１ｍｍ、などとする。第１および第２のリード１５、２１の下面は、回路基板と半田材などにより接着可能である。
成型体３４は、発光素子２４の接着領域、ワイヤボンディング領域、などが露出するように凹部３４ａを有している。発光素子２４は、第１のリード１５の表面の透明導電層１４の上に、導電性接着剤などを用いて接着される。また、発光素子２４は、上面に第１の電極、下面に第２の電極、をそれぞれ有するものとする。第１の電極と、第２のリード２１の一方の端部の近傍領域と、がボンディングワイヤ２８により接続される。また、発光素子２４の第２の電極は、第１のリード１５と電気的に接続可能である。
また、リードフレームに発光素子２４を接着し、第２のリード２１とワイヤボンディングを行ったのちに成型体３４を形成することもできる。
発光素子２４を、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、ＩｎｚＧａｗＡｌ１−ｚ−ｗＮ（０≦ｚ≦１，０≦ｗ≦１）、ＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ（０≦ｔ≦１）Ａｓ、などの材料とすると、発光層２４ａから可視光を放出可能となる。
熱可塑性樹脂としては、例えばポリフタールアミドなどとすることができる。また凹部３４ａ内にはシリコーンなどからなる透明封止樹脂が充填される。
透明導電膜１４、２０は、金属などの酸化物からなる半導体とすることができる。酸化物半導体は、エネルギーバンドギャップが広く、バンドギャップ波長が紫外線波長範囲に対応する。このために、紫外線よりも波長が長い可視光を吸収しない。すなわち、バンドギャップエネルギー（Ｅｇ）を約３ｅＶ以上とすればよい。このような酸化物半導体として、例えばＺｎＯ（Ｅｇ＝３．３７ｅＶ）、Ｉｎ２Ｏ３（Ｅｇ＝３．７５ｅＶ）、βＧａ２Ｏ３（Ｅｇ＝４．８ｅＶ）、ＳｎＯ２（Ｅｇ＝３．５７ｅＶ）などがある。
これら材料には、適正なドーパントを添加することによりｎ型導電型とでき、透明導電膜として用いることができる。例えば、Ｓｎ４＋を添加したＩｎ２Ｏ３は、ＩＴＯとして表示装置や発光装置に使用できる。また、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋などを添加したＺｎＯは、ｎ型導電型を有する。
また、アルカリ土類金属を添加したＣｕＡｌＯ２（Ｅｇ＝３．５ｅＶ）およびＬａＣｕＳ（Ｅｇ＝３．１ｅＶ）、Ｌｉを添加したＮｉＯは、ｐ型導電型とできる。この他、ＴｅＯ２、ＧｅＯ２、ＷＯ３、ＭｏＯ３，ＣｕＧａＯ２、ＣｕＦｅＯ２、ＩｒＯ、ＳｒＣｕ２Ｏ２（Ｅｇ＝３．２ｅＶ）などを用いることができる。
成型体３４の凹部３４ａに、シリコーンのような透明封止樹脂が充填すると、発光素子２４、ボンディングワイヤ２８を保護することができる。また、封止樹脂層３６に蛍光体粒子を混合配置すると、発光素子２４からの放出光が吸収され、放出光の波長よりも長い波長を有する波長変換光が放出される。例えば、放出光を青紫色光とし、黄色蛍光体粒子を封止樹脂層３６に混合配置すると波長変換光として黄色光が放出される。この結果、黄色光と、青色光と、の混合色として、例えば白色光や白熱電球色を得ることができる。
図２は、金属の光反射率を表すグラフ図である。
縦軸は光反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）、を表す。波長４５０ｎｍにおいてＡｕの光反射率は、５０％以下と低いので発光素子２４の近傍に、面積の広い金（Ａｕ）層があると光が吸収され、光取り出し効率が低下する。他方、４００〜５００ｎｍの波長範囲において、Ａｇの反射率は８７〜９２％と高く、高い光取り出し効率とすることが容易となる。
本実施形態では、第１および第２のリード１５、２１の表面において、発光素子２４からの放出光が照射する面にはＡｇ層１２、１８を設ける。このために、放出光を効率よく反射し、光取り出し効率を高めることができる。
しかしながら、第１および第２のリード１５、２１の上に設けられたＡｇ層１２、１８は、大気中のＳＯ２やＨ２Ｓなどが封止樹脂層３６から内部に入り込み、Ａｇと化学反応をすることがある。また、封止樹脂層３６がＳ成分を含むことがあり、表示装置に用いられているゴムパッキング、梱包材などもＳ成分を含むことがある。例え微量のＳであっても、Ａｇの硫化により変色を生じ、光反射率を低下させる。例えば、光束が３０％以上低下することもある。このために、Ａｇの表面には、硫化を抑制する保護層を設けることが好ましい。
図３は、ＩＴＯの透過率を表すグラフ図である。
縦軸は透過率（％）、横軸は波長（ｎｍ）、である。ＩＴＯの透過率は、波長が４１０ｎｍの青紫色では略８０％、波長が５６０ｎｍの黄色では略８９％、と高い。先に例示したように、バンドギャップエネルギーが発光層２４ａのバンドギャップエネルギーよりも高い酸化物半導体を用いても、このＩＴＯのように高い透過率とすることができる。
このようにして、本実施形態では、可視光が高い透過率の透明導電膜中を容易に透過し、高い光反射率のＡｇ層１２、１８で反射され、さらに透明導電膜１４、２０を透過して、外部へ放出される。このために、光取り出し効率を高めることができる。さらに、Ａｇ層１２、１８の表面に設けられた透明導電膜１４、２０が、Ａｇの硫化を抑制し、長時間動作ののちも光取り出し効率を高く維持することが容易である。
他方、発光素子の接着工程およびワイヤボンディング工程を行ったのちに、発光素子の周辺のリードの表面を、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯなどの絶縁性酸化物膜を設けてもＡｇの硫化を抑制するができる。しかし、発光素子の実装工程ののちに、絶縁性酸化物膜を形成する工程は、容易ではない。これに対して、本実施形態では、発光素子の実装工程の前に、透明導電膜１４、２０を量産工程を用いて形成することが容易である。
さらに、図１（ｂ）のように、第１のリード１５と、第２のリード２１と、が狭い間隔で対向している。もしリードの表面にＡｇ層が露出していると、リード間に加わる電界によりＡｇがマイグレーションを生じやすくなる。しかし、本実施形態では、Ａｇの上に透明導電膜１４、２０が設けられているのでＡｇのマイグレションを抑制し、リード間の短絡及び電流リークを抑制でき、信頼性が改善できる。
上記のような透明導電膜１４、２０は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、塗布法（ディップコート法、スプレー法、スピンコート法、などを用いてリードフレーム上に量産工程を用いて形成可能である。
図４（ａ）は第２の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
発光素子２４と、静電気放電保護素子として作用するツェナーダイオード３０と、は接合方向が互いに反対となるように並列に接続される。このために、発光素子２４に対する過大な逆方向サージは、ツェナーダイオード３０にバイパスされ、発光素子２４が保護される。また、発光素子２４に対する過大な順方向サージは、ツェナーダイオード３０のツェナー電圧以上においてバイパスされ、発光素子２４が保護される。なお、ツェナーダイオード３０は、電極が上下に設けられることが多いので、本実施形態のように第２のリード２１の表面は、導電性であることが好ましい。
図５（ａ）は第３の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
発光素子２４の接着領域およびボンディングワイヤ領域にはＡｕ層１３、ツェナーダイオード３０のマウント領域およびボンディングワイヤ領域にはＡｕ層１９、を透明導電膜１２、１８の上にそれぞれ設ける。Ａｕ層１３、１９は、メッキ法などで形成可能である。
リードフレームに施されたＡｇ層は、保管中における硫化を抑制するためにエデト酸のようなキレート剤などが表面に塗布されことが多い。キレート剤は、Ａｇ＋とキレート結合を生じて錯体を形成しＡｇ＋を不活性とし硫化を抑制する。しかし、Ａｇペーストとリードフレームとの接着強度を低下させ、リフロー工程などの急激な温度変化によりチップ剥離を起こすとがある。また、Ａｕワイヤとリードフレームとのワイヤボンディング強度を低下させる。
これに対して、本実施形態では、チップ接着領域とワイヤボンディング領域との表面をＡｕ層とするので、チップ接着強度、ワイヤボンディング強度を高めることが容易である。この場合、Ａｕ層は、図２に表すように、４００〜４５０ｎｍの波長を有する光を吸収するが、チップ接着領域およびワイヤボンディング領域の狭い領域のみに設けるので吸収による光損失を低減可能できる。
図６（ａ）は第４の実施形態にかかる発光装置の模式断面図、図６（ｂ）は成型工程前のリードフレームの模式平面図、である。発光素子２４の接着領域、ツェナーダイオード３０の接着領域、ワイヤボンディング領域、の少なくともいずれかは透明導電膜の非形成領域とする。このような非形成領域は、例えば、Ａｇ層１２、１８の上の所定領域に対してマスク材を設け透明導電膜を蒸着する工程などにより、設けることができる。なお、非形成領域の表面は、導電層１０、１６であってもよい。なお。斜線は透明導電膜１２、１８の形成領域を表す。このようにすると、チップの接着強度およびワイヤボンディング強度を高めることが容易となる。
また、図６（ａ）のように、発光素子２４およびツェナーダイオード３０のそれぞれの接着領域にプレス加工などにより凹みを設けると、接着剤や半田材を凹み内に留めリードの上面に広がることを抑制できる。
なお、本図では、発光素子２４の２つの電極は、上面に設けられているので、第１のリード１５側にもボンディングワイヤ２６が必要である。このように、発光素子２４の基板が絶縁性である場合、発光素子２４の下面に透明導電膜を設けなくともよく、また、絶縁性接着剤を用いて接着してもよい。
図７（ａ）は第５の実施形態にかかる発光装置の模式断面図、図７（ｂ）は成型工程前のリードの模式平面図である。
透明導電膜の非形成領域に、Ａｕ膜１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃを、例えばメッキ法になどを用いて設ける。Ａｕ膜は、チップ接着領域およびボンディング領域のすべてに設ける必要はない。Ａｕ膜を設けた領域では、チップの接着強度およびワイヤボンディング強度をさらに高めることができる。
図８（ａ）は第６の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図８（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った模式平面図、図８（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、である。
本実施形態のパッケージは、Ａｌ２Ｏ３やＡｌＮなどのセラミックからなる積層体とされる。第１のセラミック層５０の上面には、厚膜などの導電体部からなる導電層６０、Ａｇ層６２、透明導電膜６４、がこの順序で積層された第１のリード６５が設けられている。また、第１のリード６５の一方の端部と対向する端部を有し、第１のリード６５とは互いに反対方向に延在する第２のリード７１が設けられている。第２のリード７１は、導電層６６、Ａｇ層６８、透明導電膜７０、がこの順序で第１のセラミック層５０の上面に積層されている。すなわち、この場合、第１のセラミック層５０は、第１および第２のリード６５、７１の支持体である。
また、第１のセラミック層５０の上に、貫通孔を有する第２のセラミック層５２が積層され、その上に貫通孔を有する第３のセラミック層５４が積層されている。第２および第３のセラミック層５２、５４の貫通孔は、パッケージの凹部を構成し、内部に発光素子２４やツェナーダイオードを設けることができる。第３のセラミック層５４の貫通孔の内側面は傾斜しており、導電層９０、Ａｇ層９２、透明導電膜９４をこの順序で積層した反射板９５を設けることができる。
発光素子２４は、第１のリード６５の上に接着される。透明導電膜６４、７０、９４は、発光素子２４からの放出光を透過し、Ａｇ層６２、６８、９２の硫化やマイグレーションを抑制可能である。可視光波長におけるセラミックの反射率は、７０〜８０％の範囲であるのに対して、Ａｇの光反射率はこれよりも高いので第３のセラミック層５４の貫通孔の内側面で光反射率が改善される。この結果、発光素子２４からの青紫色と、蛍光体粒子により黄色光と、の混合光に対する光取り出し効率を略２０％高めることができ、例えば９５ｌｍ／Ｗ以上などとすることが容易である。
第１〜第６の実施形態にかかる発光装置は、リードの表面に設けられたＡｇ層の変質による変色を抑制し、光取り出し効率の低下を抑制することが容易である。また、Ａｇ層のマイグレーションによるリードの短絡やリーク電流の増大を抑制し、信頼性を高めることが容易となる。このような発光装置は、照明装置、表示装置、信号機などの用途に広く使用可能である。
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明を構成する透明導電膜、酸化物半同他、Ａｇ層、導電層、発光素子、リードフレーム、成型体、発光素子、封止樹脂層、などの材質、サイズ、形状、配置、などに関して、当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に包含される。
１０、１６、６０、６６ 導電層、１２、１８、６２、６８ Ａｇ層、１４、２０、６４、７０ 透明導電膜、１２、６５ 第１のリード、２１、７１ 第２のリード、１３、１６、１９、２２ Ａｕ層、 ２４ 発光素子、３４ 成型体、２８ ボンディングワイヤ

Claims (5)

  1. 第１の導電体部と、前記導電体部の表面に設けられた第１の銀層と、前記第１の銀層の表面に設けられた透明導電膜と、を有する第１のリードと、
    前記第１のリードの上に設けられ、発光層を有する発光素子と、
    一方の端部が前記第１のリードの一方の端部と対向し、第２の導電体部と、前記第２の導電体部の表面に設けられた第２の銀層と、前記第２の銀層の上に設けられた透明導電膜と、を有する第２のリードと、
    前記発光素子と前記第２のリードとを電気的に接続するボンディングワイヤと、
    前記第１のリードの他方の端部と前記第２のリードの他方の端部とが互いに反対方向に延在するように、前記第１および第２のリードを支持可能な支持体と、
    を備えたことを特徴とする発光装置。
  2. 前記第１のリードの前記透明導電膜および前記第２のリードの前記透明導電膜は、前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する酸化物半導体からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  3. 前記第１のリードの上の前記発光素子の接着領域と、前記第２のリードの上の前記ボンディングワイヤの接続領域と、の少なくともいずれかに設けられた金層をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記第１のリードの上の前記発光素子の接着領域と、前記第２のリードの上の前記ボンディングワイヤの接続領域と、の少なくともいずれかは、前記透明導電膜の非形成領域とされたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
  5. 前記透明導電膜の前記非形成領域の上に設けられた金膜をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の発光装置。
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