JP4480736B2 - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子を収容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。 The present invention relates to a light emitting element storage package for accommodating a light emitting element, a light emitting device, and an illumination device.
従来の発光ダイオード(LED)等の発光素子11を収容するための発光素子収納用パッケージ(以下、単にパッケージともいう)を図6に示す。図6において、パッケージは、上面の中央部に発光素子11を載置するための載置部12aを有し、載置部12aおよびその周辺からパッケージの内外を電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線等からなる配線導体(図示せず)が形成された絶縁体からなる基体12と、基体12の上面に接着固定され、内周面が上側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜しているとともに内周面が発光素子11が発光する光を反射する反射面13aとされている枠状の反射部材13とから主に構成されている。
FIG. 6 shows a light-emitting element housing package (hereinafter also simply referred to as a package) for housing a light-emitting
基体12は、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)や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等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る。基体12がセラミックスから成る場合、その上面に配線導体がタングステン(W),モリブデン(Mo)−マンガン(Mn)等から成る金属ペーストを高温で焼成して形成される。また、基体12が樹脂から成る場合、銅(Cu)や鉄(Fe)−ニッケル(Ni)合金等から成るリード端子がモールド成型されて基体12の内部に設置固定される。
The
また、反射部材13は、アルミニウム(Al)やFe−Ni−コバルト(Co)合金等の金属、アルミナセラミックス等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成型または押し出し成型等の成形技術により形成される。
The reflecting
さらに、反射部材13は、内周面が発光素子11が発光する光を反射する反射面13aとされており、この反射面13aはAl等の金属が蒸着法やメッキ法により被着されることにより形成される。そして、反射部材13は、半田,銀(Ag)ロウ等のロウ材または樹脂接着材等の接合材により、載置部12aを反射部材13の内周面で取り囲むように基体12の上面に接合される。
Further, the
そして、載置部12aの周辺に配置した配線導体と発光素子11の電極とをボンディングワイヤ14を介して電気的に接続し、しかる後、反射部材13の内側にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂(図示せず)により発光素子11を覆うように充填し熱硬化させることにより発光装置となし得る。または、発光素子11の周囲または表面に蛍光体や蛍光体を混入した透明樹脂を塗布した後に、反射部材13の内側に透明樹脂を充填し熱硬化させることで、発光素子11からの光を蛍光体により波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出せる発光装置となし得る。
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、発光素子11から出射される光やパッケージ内部で乱反射した光が、反射面13a以外の部位、即ち、基体12の上面の反射部材13に覆われていない部位に吸収,透過され易い。その結果、発光素子11から透明樹脂を透過して発光装置の外部に出射される光の強度や輝度が著しく劣化するという問題点があった。
However, in the conventional package described above, the light emitted from the
そこで、反射部材13の内周面の下端を発光素子11の周辺まで延出し、基体12の上面のほとんどが反射部材13で覆われるようにすると、反射部材13と基体12との接合面積が大きくなるため、反射部材13を基体12に接合する際等に熱が加えられたときに反射部材13と基体12との熱膨張差が大きくなって反射部材13が歪み易くなり、発光素子11の周囲に設けた反射面13aの所望の面精度(例えば、パッケージの断面において、発光素子11を間に挟んで発光素子11の両側に設けられた反射面13aが対称になっている状態)がくずれて乱反射が生じるという問題点を有していた。その結果、反射光強度にむらを生じたり、反射光強度が低下したりして十分な放射光強度および輝度が得られないという問題点を有していた。
Therefore, when the lower end of the inner peripheral surface of the reflecting
また、反射部材13の内周面を発光素子11の周辺まで延出した場合、反射部材13と基体12とを取着するための接合材が反射部材13の内側にはみ出し、このはみ出した接合材が発光素子11の側面や反射面13aを這い上がることによって、発光素子11の発光機能や反射面13aの反射機能を劣化させるという問題点も有していた。
Further, when the inner peripheral surface of the reflecting
したがって、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子の光が基体上面に吸収,透過されるのを有効に防止するとともに、反射部材の熱による歪みを防止して発光素子の周囲に設けた反射面の所望の面精度を良好に維持し、高い放射光強度および高輝度を有す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である。 Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to effectively prevent light from the light emitting element from being absorbed and transmitted to the upper surface of the substrate and to be caused by the heat of the reflecting member. Disclosed is a light-emitting element storage package and a light-emitting device that prevent distortion and maintain a desired surface accuracy of a reflecting surface provided around a light-emitting element, and have high radiation light intensity and high luminance.
本発明の一つの態様によれば、発光装置は、発光素子、基体および電気接続用パターンを有している。発光装置は、光反射層および反射部材をさらに有している。基体は、上方に突出した発光素子の載置部を備えている。電気接続用パターンは、載置部に形成されており、発光素子に電気的に接続されている。光反射層は、金属材料からなり、載置部の側面および上面に形成されているとともに、電気接続用パターンとは別に設けられている。反射部材は、金属材料からなり、第1の面および第2の面を有している。第1の面は、発光素子を囲んでいる。第1の面は、光反射層を囲んでいる。第1の面は、発光素子から放射された光を反射する。第2の面は、載置部の光反射層に接する。 According to one aspect of the present invention, a light emitting device includes a light emitting element, a base, and an electrical connection pattern. The light emitting device further includes a light reflecting layer and a reflecting member. The base includes a light emitting element mounting portion protruding upward. The electrical connection pattern is formed on the mounting portion and is electrically connected to the light emitting element. Light reflecting layer is made of a metallic material, with which is formed on the side surface and the upper surface of the mounting portion is provided separately from the electric connection pattern. The reflecting member is made of a metal material and has a first surface and a second surface. The first surface surrounds the light emitting element. The first surface surrounds the light reflecting layer. The first surface reflects the light emitted from the light emitting element. The second surface is in contact with the light reflecting layer of the placement unit.
本発明の発光素子収納用パッケージは、上方に突出しており側面に光反射層が設けられた発光素子の載置部を備えた基体と、発光素子を囲み第1の光を反射する第1の面と、載置部の光反射層に接する第2の面とを有する反射部材とを有することから、発光素子から発生した熱を光反射層を介して反射部材に効率よく伝達することができ、発光素子の劣化を有効に抑制することができる。 The light emitting element storage package according to the present invention includes a base body including a light emitting element mounting portion protruding upward and having a light reflecting layer provided on a side surface thereof, and a first light that surrounds the light emitting element and reflects the first light. And a reflection member having a second surface in contact with the light reflection layer of the mounting portion, heat generated from the light emitting element can be efficiently transmitted to the reflection member through the light reflection layer. Therefore, deterioration of the light emitting element can be effectively suppressed.
本発明の発光素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図1,3,4は本発明のパッケージの実施の形態の各種例を示す断面図であり、図2は図1の部分拡大断面図である。これらの図において、2は基体、3は反射部材であり、主としてこれらで発光素子1を収納するためのパッケージが構成される。 The light emitting element storage package of the present invention will be described in detail below. 1, 3 and 4 are sectional views showing various examples of embodiments of the package of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of FIG. In these drawings, 2 is a base, and 3 is a reflecting member, and these mainly constitute a package for housing the light emitting element 1.
本発明における基体2は、アルミナセラミックスや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等のセラミックス、Fe−Ni−Co合金やCu−W等の金属、または、エポキシ樹脂等の樹脂から成る。また、基体2は図1〜4に示すように、発光素子1が載置される載置部2aが基体2の上面から突出している。
The
載置部2aは、アルミナセラミックスや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等のセラミックス、Fe−Ni−Co合金やCu−W等の金属、または、エポキシ樹脂等の樹脂から成る部材を基体2の上面にロウ材や接着剤等の接合材により取着することによって、または、基体2の中央部に設けた貫通孔に、上記のセラミックス,金属または樹脂から成る部材をその上側が基体2の上面から突出するように嵌着して取着することによって設けることができる。
The mounting portion 2a is made of alumina ceramic, aluminum nitride sintered body, mullite sintered body, ceramic such as glass ceramic, metal such as Fe-Ni-Co alloy or Cu-W, or resin such as epoxy resin. The member made of the above ceramic, metal or resin is attached to the upper surface of the
好ましくは、載置部2aと基体2とを同じ材質にするのがよい。これにより、載置部2aと基体2との熱膨張差を小さくすることができ、載置部2aに歪みが生じて発光素子1の位置がずれ、発光強度が低下するのを有効に抑制できる。
Preferably, the mounting portion 2a and the
また、載置部2aは、基体2と一体となっていてもよい。載置部2aが基体2と一体となっている場合、例えば、載置部2aや基体2と成るセラミックグリーンシートを積層して同時焼成することによって、切削加工等の金属加工方法によって、または、射出成型等で樹脂をモールド成型することによって作製することができる。
Further, the placing portion 2 a may be integrated with the
載置部2aには、発光素子1が電気的に接続されるための電気接続用パターン(図示せず)が形成されている。この電気接続用パターンが基体2内部に形成された配線層(図示せず)を介してパッケージの外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、発光素子1と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。
On the mounting portion 2a, an electrical connection pattern (not shown) for electrically connecting the light emitting element 1 is formed. The electrical connection pattern is led to the outer surface of the package through a wiring layer (not shown) formed inside the
発光素子1を電気接続用パターンに接続する方法としては、ワイヤボンディングを介して接続する方法、または、発光素子1の下面で半田バンプにより接続するフリップチップボンディング方式を用いた方法等が用いられる。好ましくは、フリップチップボンディング方式により接続するのがよい。これにより、電気接続用パターンを発光素子1の直下に設けることができるため、発光素子1の周辺の基体2の上面に電気接続用パターンを設けるためのスペースを設ける必要がなくなる。
As a method of connecting the light emitting element 1 to the electrical connection pattern, a method of connecting via wire bonding, a method using a flip chip bonding method of connecting the lower surface of the light emitting element 1 with a solder bump, or the like is used. Preferably, the connection is made by a flip chip bonding method. Thereby, since the electrical connection pattern can be provided immediately below the light emitting element 1, it is not necessary to provide a space for providing the electrical connection pattern on the upper surface of the
よって、発光素子1から発光された第1の光がこの基体2の電気接続用パターン用のスペースで吸収されて放射光強度が低下するのを有効に抑制することができる。
Therefore, it is possible to effectively suppress the first light emitted from the light emitting element 1 from being absorbed by the space for the electrical connection pattern of the
この電気接続用パターンは、例えば、W,Mo,Cu,Ag等の金属粉末のメタライズ層を形成することによって、Fe−Ni−Co合金等のリード端子を埋設することによって、または、配線導体が形成された絶縁体から成る入出力端子を基体2に設けた貫通孔に嵌着接合させることによって設けられる。
This electrical connection pattern can be formed, for example, by forming a metallized layer of a metal powder such as W, Mo, Cu, or Ag, by embedding a lead terminal such as an Fe-Ni-Co alloy, or when the wiring conductor is The input / output terminal made of the formed insulator is provided by being fitted and joined to a through hole provided in the
なお、電気接続用パターンの露出する表面には、Niや金(Au)等の耐食性に優れる金属を1〜20μm程度の厚さで被着させておくのが良く、電気接続用パターンの酸化腐食を有効に防止し得るともに、発光素子1と電気接続用パターンとの接続を強固にし得る。したがって、電気接続用パターンの露出表面には、例えば、厚さ1〜10μm程度のNiメッキ層と厚さ0.1〜3μm程度のAuメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのがより好ましい。 The exposed surface of the electrical connection pattern should be coated with a metal having excellent corrosion resistance, such as Ni or gold (Au), with a thickness of about 1 to 20 μm. Can be effectively prevented, and the connection between the light emitting element 1 and the electrical connection pattern can be strengthened. Therefore, for example, a Ni plating layer having a thickness of about 1 to 10 μm and an Au plating layer having a thickness of about 0.1 to 3 μm are sequentially deposited on the exposed surface of the electrical connection pattern by an electrolytic plating method or an electroless plating method. More preferably.
また、載置部2aは、その上面で発光素子1の載置領域2bの周囲の部位から載置部2aの側面の下端にかけて光反射層2cが形成されている。なお、図1〜4に示すように、光反射層2cは、発光素子1と電気的に接続される電気接続用パターンと絶縁されていれば発光素子1の載置領域2bの内側に形成されていても良い。これにより、発光素子1から発光された第1の光や反射面(第1の面)3aから反射された光が発光素子1の下側に入り込んだとしても、載置領域2bの内側の光反射層2cで反射して載置領域2bで吸収されるのを有効に抑制することができる。
Further, the mounting portion 2a has a light reflection layer 2c formed on the upper surface thereof from a portion around the mounting
光反射層2cは、Al,Ag,Au,白金(Pt),チタン(Ti),クロム(Cr),Cu等の光反射率の高い金属により形成される。具体的には、メッキ法やメタライズ法,蒸着法等により薄い金属層を形成することによって、または、メッキ法等よりも厚い金属板を載置部2aの表面にAgロウや半田,エポキシ樹脂等により接合させることにより形成される。 The light reflecting layer 2c is formed of a metal having a high light reflectance such as Al, Ag, Au, platinum (Pt), titanium (Ti), chromium (Cr), and Cu. Specifically, a thin metal layer is formed by a plating method, a metallizing method, a vapor deposition method or the like, or a metal plate thicker than the plating method is formed on the surface of the mounting portion 2a by Ag brazing, solder, epoxy resin, or the like. Formed by bonding.
光反射層2cをメッキ法やメタライズ法,蒸着法等により形成した薄い金属層とした場合、載置部2aと光反射層2cとの熱膨張差が生じても薄い光反射層2cが載置部2aに与える応力は非常に小さいため、光反射層2cが載置部2aから剥がれる等の問題を有効に抑制できる。また、非常に微細な加工,形成ができるためAu−Snバンプと光反射層2cとの電気的ショートを容易に回避できる。 When the light reflecting layer 2c is a thin metal layer formed by plating, metallizing, vapor deposition or the like, the thin light reflecting layer 2c is placed even if a difference in thermal expansion occurs between the placing portion 2a and the light reflecting layer 2c. Since the stress applied to the portion 2a is very small, problems such as the light reflecting layer 2c peeling off from the placement portion 2a can be effectively suppressed. In addition, since very fine processing and formation can be performed, an electrical short circuit between the Au—Sn bump and the light reflecting layer 2c can be easily avoided.
また、光反射層2cを金属板とした場合、載置部2aの粗さが比較的粗い表面に形成された薄い金属層の場合に比し、表面状態の算術平均粗さが非常に小さく密であるため、発光素子1の光が載置部2aの表面の粗さに起因した乱反射を生じるのを有効に抑制でき、放射光強度および輝度の劣化を有効に防止できる。 Further, when the light reflecting layer 2c is a metal plate, the arithmetic average roughness of the surface state is very small and dense as compared with the case of the thin metal layer formed on the surface where the mounting portion 2a is relatively rough. Therefore, it is possible to effectively suppress the irregular reflection caused by the light of the surface of the mounting portion 2a by the light of the light emitting element 1, and to effectively prevent the deterioration of the emitted light intensity and the luminance.
さらに、光反射層2cが金属板である場合には、光反射層2cの熱伝導率がより大きくなるため、発光素子1から発生した熱がAu−Snバンプ等の半田バンプを介して載置部2aに伝わった後、その熱を光反射層2cで効率よく放散できる。その結果、発光素子1の作動性が劣化するのを有効に抑制できる。 Further, when the light reflecting layer 2c is a metal plate, the heat conductivity of the light reflecting layer 2c is increased, so that the heat generated from the light emitting element 1 is placed via a solder bump such as an Au-Sn bump. After being transmitted to the part 2a, the heat can be efficiently dissipated by the light reflecting layer 2c. As a result, it is possible to effectively suppress the deterioration of the operability of the light emitting element 1.
また、基体2の上面には、反射部材3が半田,Agロウ等のロウ材やエポキシ樹脂等の接着剤等の接合材により取着される。反射部材3は、基体2の上面の載置部2a以外の如何なる部位に取着されてもよいが、発光素子1の周囲に所望の面精度(例えば、パッケージの断面において、発光素子1を間に挟んで発光素子1の両側に設けられた反射面3aが対称になっている状態)で反射面3aが設けられるように取着されるのがよい。これにより、発光素子1からの光を反射面3aで均一にむらなく反射させることができ、放射光強度および輝度を効果的に向上させることができる。
Further, the reflecting
本発明の載置部2aは、基体2の上面より突出していることから、この載置部2aを基準として反射部材3を位置精度よく取着することができる。また、載置部2aは、その側面に反射部材3の内周面の下端が接触するように反射部材3が基体2の上面に取着されているので、反射部材3を基体2に取着する際に加えられる熱によって生じる反射部材3の熱膨張を阻止して反射部材3の熱歪み(反射面3a表面の熱歪み、および反射部材3自体の熱歪みによる位置ずれ)を有効に抑制する機能を有する。よって載置部2aは、反射部材3に対する熱膨張抑制材として機能する。
Since the mounting portion 2a of the present invention protrudes from the upper surface of the
このような反射部材3の熱膨張抑制機能によって、基体2および反射部材3として互いに熱膨張や硬度が大きく異なる材料を用いることができる。例えば硬質なアルミナセラミックスを基体2として、軟質なAlを反射部材3として互いに接合しても、載置部2aが熱膨張抑制材として有効に機能して、反射部材3の歪みを有効に抑制することができる。これによって、硬質なアルミナセラミックスからなる基体2によりパッケージを高強度にすることができるとともに、軟質で加工が容易な高熱伝導性のAlからなる反射部材3により、反射面3aを良好な反射特性を有するものとし、また、発光素子1から発生した熱を良好に放散し得るものとすることができる。
Due to the thermal expansion suppressing function of the reflecting
載置部2aは、特に図3に示すように、反射部材3の第1の面3aの下方に配置された第2の面が載置部2aに接触する面積が大きいほど、反射部材3が載置部2aの側面をより広範囲に覆うことができるため、発光素子1から発光された光が載置部2aに吸収されるのをより有効に抑制することができ、放射光強度,輝度をより向上させることができる。また、発光素子1が作動時に発する熱を載置部2aから反射部材3に効率よく伝達できるため、発光素子1の作動性の劣化をより有効に防止し得る。
As shown in FIG. 3 in particular, the mounting portion 2a has a larger area in which the second surface disposed below the first surface 3a of the reflecting
なお、載置部2aが基体2の上面から突出していない場合、すなわち発光素子1を基体2に搭載し、発光素子1のごく近傍まで反射部材3の内周面を延出した場合、基体2と反射部材3とを取着する接合材が、厚さの非常に薄い発光素子1の表面や反射面3a表面まで這い上がってくるため、発光素子1の発光機能や反射面3aの反射機能を劣化させるという問題を生じた。また、反射部材3と基体2との接合時の反射部材3の熱膨張により、反射部材3が発光素子1を圧縮し発光素子1を破損させるという問題も生じた。
When the mounting portion 2 a does not protrude from the upper surface of the
これに対して、本発明のパッケージの場合には、基体2と反射部材3とを接合する接合材は、反射部材3と載置部2a側面とが接触されているわずかな隙間に多少入り込むものの、この隙間を完全に埋めるものではなく、隙間にとどまって発光素子1表面や反射面3a表面にまで這い上がってくることはなかった。このように、反射部材3と載置部2a側面とが接触されているわずかな隙間は、基体2と反射部材3とを接合する接合材が発光素子1表面や反射面3a表面に達するのを防止するための、いわゆる接合材ダムとして機能することが分かった。
On the other hand, in the case of the package of the present invention, the bonding material for bonding the
なお、光反射層2cと反射部材3とがロウ材や樹脂等により接合されている場合であっても、基体2と反射部材3とを接合する接合材が這い上がってくるのを防止できることになるが、この場合には、基体2と反射部材3との接合時に、光反射層2cと反射部材3との熱膨張差により反射面3aが熱歪みを起こし易くなる。すなわち、光反射層2cと反射部材3との接合部位が反射面3aに隣接しているため、その接合時における熱膨張差の影響を反射面3aが直接的に受けることになり、反射面3aが熱歪みを起こし易くなる。その結果、熱歪みを起こした反射面3aにより放射光強度や輝度が劣化し易くなる。
Even when the light reflecting layer 2c and the reflecting
つまり、反射部材3と載置部2aの側面の光反射層2cとが接触しているわずかな隙間は、基体2と反射部材3との接合時における熱応力を緩和する応力緩衝機能をも有する。
In other words, the slight gap where the reflecting
よって、光反射層2cと反射部材3とは接触しているだけで、接合されていないことが重要である。また、基体2と反射部材3との熱膨張差による応力が反射面3aに伝わり難くするため、反射面3aは基体2と反射部材3との接合面から離れているのがよい。つまり、反射面3aは、図3,4に示すように、反射部材3の内周面における傾斜面の表面に設けられており、その反射面3aの下辺(傾斜面の下辺)が、できるだけ載置部2aの側面の上方に位置しているほうが良い(載置部2aの側面と反射部材3との隙間をできるだけ高くしておくほうが良い)。
Therefore, it is important that the light reflecting layer 2c and the reflecting
なお、載置部2aの高さは、接合材の体積や基体2上面と反射部材3下面との距離,放射光強度,輝度,熱伝達効率,接合材ダム機能を考慮したうえで適宜選定される。
The height of the mounting portion 2a is appropriately selected in consideration of the volume of the bonding material, the distance between the upper surface of the
一方、載置部2aの基体2の上面に平行な長さは、基体2と反射部材3との接合時における熱歪み(反射面3a表面の熱歪み、および反射部材3自体の熱歪みによる位置ずれ)を有効に抑制し得る大きさであれば良く、基体2,反射部材3の大きさにより適宜選定される。
On the other hand, the length of the mounting portion 2a parallel to the upper surface of the
また、反射部材3は、内周面が上側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜しているとともに内周面が発光素子1が発光する光を反射する反射面3aとされている枠状体であり、その内周面の下端が載置部2aの側面と接している。
Further, the reflecting
反射部材3は、この構成により、基体2上面(載置部2aの外側周辺部)に反射面3aが広範囲に形成されることになるため、発光素子1の光が基体2上面に吸収,透過されるのを効果的に抑制できる。すなわち、従来構成(図6)に比し反射面3aにて光を反射する面積が非常に増大するため、放射光強度や輝度を著しく向上できる。
With this configuration, the reflecting
なお、反射部材3は、内周面において少なくとも傾斜面の表面に発光素子1の光を高い反射率で反射させ得る反射面3aを有している。このような反射面3aは、Al,Ag,Au,Pt,Ti,Cr,Cu等の高反射率の金属から成る。
In addition, the
反射面3aは、反射部材3が金属からなる場合、反射部材3に対して切削加工や金型成形等を行うことにより形成される。あるいは、反射部材3がセラミックスや樹脂等の絶縁体からなる場合(反射部材3が金属の場合も含む)、メッキや蒸着等により金属薄膜を形成することにより反射面3aを形成してもよい。なお、反射面3aがAgやCu等の酸化により変色し易い金属からなる場合には、その表面に、例えば厚さ1〜10μm程度のNiメッキ層と厚さ0.1〜3μm程度のAuメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのが良い。これにより反射面3aの耐腐食性が向上する。
When the reflecting
また、反射面3a表面の算術平均粗さRaは、0.004〜4μmであるのが良く、これにより、反射面3aが発光素子1の光を良好に反射し得る。Raが4μmを超えると、発光素子1の光を均一に反射させ得ず、パッケージ内部で乱反射する。一方、0.004μm未満では、そのような面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。 In addition, the arithmetic average roughness Ra of the surface of the reflecting surface 3a is preferably 0.004 to 4 μm, whereby the reflecting surface 3a can reflect the light of the light emitting element 1 well. When Ra exceeds 4 μm, the light of the light emitting element 1 cannot be reflected uniformly, and is irregularly reflected inside the package. On the other hand, if it is less than 0.004 μm, it tends to be difficult to form such a surface stably and efficiently.
また、反射面3aは、その表面が図1,3に示すように平坦(直線状)であってもよく、また、図4に示すように円弧状(曲線状)であってもよい。好ましくは、円弧状とするのがよく、これにより、発光素子1の光を万遍なく反射させて外部に均一に放射することができる。 Further, the reflection surface 3a may have a flat surface (linear shape) as shown in FIGS. 1 and 3, or may have an arc shape (curve shape) as shown in FIG. Preferably, it is in the shape of an arc, whereby the light from the light emitting element 1 can be uniformly reflected and radiated uniformly to the outside.
かくして、本発明の発光装置は、載置部2a上面の載置領域2bにフリップチップ方式等により発光素子1を載置固定した後、反射部材3を、内周面の下端が載置部2aの側面に接触されるように基体2の上面に接合し、しかる後、反射部材3の内部に発光素子1を覆うようにシリコーン樹脂等からなる透光性部材(図示せず)を設けることにより発光装置となる。
Thus, in the light emitting device of the present invention, after the light emitting element 1 is placed and fixed on the
また、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1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1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。 In addition, the light emitting device of the present invention is a circular shape in which one device is installed in a predetermined arrangement, or a plurality of light emitting devices, for example, a lattice shape, a staggered shape, a radial shape, or a plurality of light emitting devices. In addition, a lighting device can be obtained by installing the light emitting device groups in a plurality of concentric shapes so as to have a predetermined arrangement. Thereby, since light emission by recombination of electrons of the light emitting element 1 made of a semiconductor is used, it is possible to achieve lower power consumption and longer life than a lighting device using a conventional discharge, and generate less heat. It can be set as a small illuminating device. As a result, fluctuations in the center wavelength of the light generated from the light emitting element 1 can be suppressed, and light can be emitted with a stable radiant light intensity and radiant light angle (light distribution distribution) over a long period of time. It can be set as the illuminating device by which the color nonuniformity in the surface and the bias of illuminance distribution were suppressed.
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できる照明装置とすることができる。 In addition, the light emitting device of the present invention is installed in a predetermined arrangement as a light source, and by installing a reflection jig, an optical lens, a light diffusing plate, etc. optically designed in an arbitrary shape around these light emitting devices, It can be set as the illuminating device which can radiate | emit the light of this light distribution.
例えば、図7,図8に示す平面図,断面図のように複数個の発光装置4が発光装置駆動回路基板6に複数列に配置され、発光装置4の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具5が設置されて成る照明装置の場合、隣接する一列上に配置された複数個の発光装置4において、隣り合う発光装置4との間隔が最短に成らないような配置、いわゆる千鳥状とすることが好ましい。
For example, a plurality of light emitting
即ち、発光装置4が格子状に配置される際には、光源となる発光装置4が直線上に配列されることによりグレアが強くなり、このような照明装置が人の視覚に入ってくることにより、不快感や目の障害を起こしやすくなるのに対し、千鳥状とすることにより、グレアが抑制され人間の目に対する不快感や目に及ぼす障害を低減することができる。
That is, when the
さらに、隣り合う発光装置4間の距離が長くなることにより、隣接する発光装置4間の熱的な干渉が有効に抑制され、発光装置4が実装された発光装置駆動回路基板6内における熱のこもりが抑制され、発光装置4の外部に効率よく熱が放散される。
Furthermore, since the distance between the adjacent
その結果、人の目に対しても障害の小さい長期間にわたり光学特性の安定した長寿命の照明装置を作製することができる。 As a result, it is possible to manufacture a long-life lighting device with stable optical characteristics over a long period of time with less obstacles to human eyes.
また、照明装置が、図9,図10に示す平面図,断面図のような発光装置駆動回路基板6上に複数の発光装置4から成る円状や多角形状の発光装置4群を、同心状に複数群形成した照明装置の場合、1つの円状や多角形状の発光装置4群における発光装置4の配置数を照明装置の中央側より外周側ほど多くすることが好ましい。これにより、発光装置4同士の間隔を適度に保ちながら発光装置4をより多く配置することができ、照明装置の照度をより向上させることができる。また、照明装置の中央部の発光装置4の密度を低くして発光装置駆動回路基板6の中央部における熱のこもりを抑制することができる。よって、発光装置駆動回路基板6内における温度分布が一様となり、照明装置を設置した外部電気回路基板やヒートシンクに効率よく熱が伝達され、発光装置4の温度上昇を抑制することができる。その結果、発光装置4は長期間にわたり安定して動作することができるとともに長寿命の照明装置を作製することができる。
In addition, the lighting device is a concentric arrangement of circular or polygonal light emitting device groups of a plurality of light emitting
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、一般照明用器具、シャンデリア用照明器具、住宅用照明器具、オフィス用照明器具、店装,展示用照明器具、街路用照明器具、誘導灯器具及び信号装置、舞台及びスタジオ用の照明器具、広告灯、照明用ポール、水中照明用ライト、ストロボ用ライト、スポットライト、電柱等に埋め込む防犯用照明、非常用照明器具、懐中電灯、電光掲示板等や、調光器、自動点滅器、ディスプレイ等のバックライト、動画装置、装飾品、照光式スイッチ、光センサ、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。 Examples of such lighting devices include general lighting fixtures, chandelier lighting fixtures, residential lighting fixtures, office lighting fixtures, store lighting, display lighting fixtures, street lighting fixtures, used indoors and outdoors. Guide light fixtures and signaling devices, stage and studio lighting fixtures, advertising lights, lighting poles, underwater lighting lights, strobe lights, spotlights, security lights embedded in power poles, emergency lighting fixtures, flashlights, Examples include electronic bulletin boards and the like, backlights for dimmers, automatic flashers, displays and the like, moving image devices, ornaments, illuminated switches, optical sensors, medical lights, in-vehicle lights, and the like.
本発明のパッケージおよび発光装置について以下に実施例を示す。 Examples of the package and the light emitting device of the present invention are shown below.
まず、基体2となるアルミナセラミックス基板を準備した。なお、基体2は載置部2aとなる部位も一体的に形成されており、載置部2aの上面と載置部2a以外の部位の基体2の上面とを平行にした。
First, an alumina ceramic substrate to be the
基体2は、幅8mm×奥行き8mm×厚さ0.5mmの直方体の上面中央部に幅0.35mm×奥行き0.35mm×厚さ0.15mmの直方体の載置部2aが形成されたものであった。
The
また、載置部2aの上面で発光素子1の載置領域2bに、発光素子1と外部電気回路基板とを基体2の内部に形成した内部配線を介して電気的に接続するための電気接続用パターンを形成した。電気接続用パターンは、Mo−Mn粉末からなるメタライズ層により0.1mmΦの円形パッドに成形され、その表面には厚さ3μmのNiメッキ層と厚さ2μmのAuメッキ層とが被着された。また、基体2内部の内部配線は、貫通導体からなる電気接続部、いわゆるスルーホールによって形成された。このスルーホールについても電気接続用パターンと同様にMo−Mn粉末からなるメタライズ導体で成形された。
In addition, an electrical connection for electrically connecting the light emitting element 1 and the external electric circuit board to the mounting
さらに、基体2上面の載置部2a以外の部位の全面に、基体2と反射部材3とをAu−錫(Sn)ロウにより接合するための接合部を形成した。この接合部は、Mo−Mn粉末からなるメタライズ層の表面に厚さ3μmのNiメッキ層と厚さ2μmのAuメッキ層とが被着されたものであった。
Further, a joining portion for joining the
また、載置部2aの側面および上面の電気接続用パターンを除く部位に、Mo−Mn粉末からなるメタライズ層(第1の層)を形成した後、その表面に厚さ3μmのNiメッキ層(第2の層)と厚さ2μmのAuメッキ層とを被着し、発光素子1の光を反射し得る光反射層2cを形成した。 In addition, after forming a metallized layer (first layer) made of Mo-Mn powder on the portion excluding the electrical connection pattern on the side surface and the upper surface of the mounting portion 2a, a Ni plating layer having a thickness of 3 μm is formed on the surface (first layer). A second layer) and an Au plating layer having a thickness of 2 μm were deposited to form a light reflecting layer 2 c that can reflect the light of the light emitting element 1.
さらにまた、反射部材3を用意した。反射部材3は、内周面の最上端(パッケージとした際の最上端部位)の直径が6mmで高さが1.5mmであり、内周面の下端(載置部2aの側面に接触される部位)の高さ(基体2上面に接合される下面から内周面の傾斜面の下辺までの高さ)が0.1mmであった。さらに、内周面における傾斜面は、基体2上面に対してなす角度が45度の平坦な面とされ、その傾斜面の表面が、Raが0.1μmの反射面3aとされた。
Furthermore, the
次に、発光素子1にAu−Snバンプを設けておき、このAu−Snバンプを介して発光素子1を電気接続用パターンに接合するとともに、反射部材3を基体2の上面の接合部にAu−Snロウで接合した。このとき、基体2と反射部材3との接合は、反射部材3の内周面の下端(反射面3aの下辺)が載置部2aの側面の光反射層2cに接触するようにした。
Next, an Au—Sn bump is provided on the light emitting element 1, and the light emitting element 1 is bonded to the electrical connection pattern via the Au—Sn bump, and the reflecting
このようにして作製したパッケージについて、反射部材3と光反射層2cとの接触部を断面観察したところ、反射部材3と光反射層2cとが接触しているわずかな隙間にAu−Snロウが多少入り込んでいるのを確認したが、この隙間を完全に埋めるものではなく、Au−Snロウはその隙間にとどまって発光素子1までは這い上がっていなかった。つまり、反射部材3と光反射層2cとが接触されているわずかな隙間は、Au−Snロウを発光素子1まで這い上がらせない、いわゆる接合材ダムとして機能することがわかった。
When the cross section of the contact portion between the reflecting
一方、載置部2aを形成しないこと以外は上記と同様にして作製した比較用のパッケージについて、同様の評価を行なったところ、Au−Snロウが発光素子1の発光部まで這い上がり、発光強度が低下しているのが確認された。よって、本発明のパッケージが優れていることがわかった。 On the other hand, when a similar evaluation was performed on a comparative package manufactured in the same manner as described above except that the mounting portion 2a was not formed, the Au—Sn solder creeped up to the light emitting portion of the light emitting element 1, and the light emission intensity. Was confirmed to be decreasing. Therefore, it was found that the package of the present invention is excellent.
なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行なうことは何等支障ない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、図5に部分拡大断面図を示すように、反射部材3の光反射層2cに接触する部位の下端部を切り欠いて切欠き部3bを形成してもよい。
For example, as shown in a partially enlarged cross-sectional view in FIG. 5, the notched portion 3 b may be formed by notching the lower end portion of the reflecting
これにより、切欠き部3b,光反射層2cおよび基体2上面の接合部(メタライズ層)で囲まれる空間(接合材ダム)を形成することができ、基体2と反射部材3とを接合するための接合材を溜めることができる。この接合材ダムにより、基体2と反射部材3とを接合する接合材の量が非常に多い場合であっても、接合材が光反射層2cと反射部材3との隙間に入り込むのを有効に防止できる。したがって、切欠き部3bは、基体2と反射部材3とを接合した場合に、光反射層2cと反射部材3との間に常に隙間を設けさせておく機能を有し、基体2と反射部材3との接合時における熱応力を緩和する応力緩衝機能を十分に発揮させ得る。
Thereby, a space (bonding material dam) surrounded by the notch 3b, the light reflecting layer 2c, and the joint (metallized layer) on the upper surface of the
また、本発明の照明装置は、複数個の発光装置4を所定の配置となるように設置したものだけでなく、1個の発光装置4を所定の配置となるように設置したものでもよい。
In addition, the lighting device of the present invention is not limited to one in which a plurality of light emitting
1:発光素子
2:基体
2a:載置部
2b:載置領域
2c:光反射層
3:反射部材
3a:反射面(第1の面)
4:発光装置
5:反射治具
6:発光装置駆動回路基板
1: Light-emitting element 2: Base 2a:
4: Light emitting device 5: Reflective jig 6: Light emitting device drive circuit board
Claims (4)
上方に突出した前記発光素子の載置部を備えた基体と、
前記載置部に形成されており、前記発光素子に電気的に接続された電気接続用パターンと、
前記電気接続用パターンとは別に設けられており、前記載置部の側面および上面に形成された金属材料からなる光反射層と、
前記発光素子および前記光反射層を囲んでおり前記発光素子から放射された光を反射する第1の面と、前記載置部の前記光反射層に接する第2の面とを有しており、金属材料からなる反射部材と、
を有することを特徴とする発光装置。 A light emitting element;
A base including a mounting portion for the light emitting element protruding upward;
An electrical connection pattern formed on the mounting portion and electrically connected to the light emitting element;
Provided separately from the electrical connection pattern, a light reflecting layer made of a metal material formed on the side surface and the upper surface of the mounting portion,
A first surface that surrounds the light emitting element and the light reflecting layer and reflects light emitted from the light emitting element; and a second surface that contacts the light reflecting layer of the mounting portion. A reflective member made of a metal material;
A light emitting device comprising:
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