JP5055837B2 - Light emitting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting device which eliminates adverse influences of heat due to light emission and improves the light extraction efficiency. <P>SOLUTION: The device comprises an insulating base 30 having a through-hole 24 at approximately the center, a radiator 40 comprising a high-conductivity insulation base housed in the through-hole of the base, and a light-emitting element 21 mounted on the upper side of the heat radiating body, and has a reflecting metal film 23 formed on at least the light-emitting element 21 mounting surface of the heat radiating body 40. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、液晶のバックライト光源や、各種表示装置（ディスプレイ）、センサ光源などに利用される発光装置の改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement of a light-emitting device used for a liquid crystal backlight source, various display devices (displays), sensor light sources, and the like.

各種光源として使用される発光装置には、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）や半導体レーザなどの発光素子が利用されている。このような発光素子は、通電により発光する際に熱を生じる。特に高精細な表示装置などを得ようとする場合に、これら発光素子を搭載した発光装置を基板等に高密度に実装すると、発光素子が生成する熱により装置自体の特性が悪化したり、周囲の部材や部品に熱的悪影響を与えることになる。   Light emitting devices used as various light sources use light emitting elements such as light emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) and semiconductor lasers. Such a light emitting element generates heat when it emits light when energized. In particular, when trying to obtain a high-definition display device, etc., if a light-emitting device equipped with these light-emitting elements is mounted on a substrate or the like at a high density, the characteristics of the device itself may deteriorate due to heat generated by the light-emitting elements, Adversely affect the members and parts.

そこで、図４に示すような発光装置１も提案されている（特許文献１、図１参照）。
図４において、発光装置１は、積層基板２と、積層基板２内に配置され、該積層基板２よりも高い熱伝導率を有する放熱部材３と、該放熱部材３の上に接着部材６を用いて接合されたＬＥＤ素子４と、該ＬＥＤ素子４の周囲を囲むように配置され、ＬＥＤ素子４からの光を上方に反射する反射面３ａを備えるパッケージ３と、ＬＥＤ素子４を封止するモールド樹脂とを有している。 Therefore, a light emitting device 1 as shown in FIG. 4 has also been proposed (see Patent Document 1 and FIG. 1).
In FIG. 4, the light emitting device 1 includes a laminated substrate 2, a heat radiating member 3 disposed in the laminated substrate 2 and having a higher thermal conductivity than the laminated substrate 2, and an adhesive member 6 on the heat radiating member 3. The LED element 4 bonded by using, the package 3 including the reflective surface 3a which is arranged so as to surround the LED element 4 and reflects light from the LED element 4 upward, and the LED element 4 are sealed. And a mold resin.

このような発光装置１は、ＬＥＤ素子４の発光により生成される熱が放熱部材３に伝えられ、該放熱部材３から図示しない実装基板などへ放散されるので、熱による装置自体の特性の悪化や、周囲の部材や部品に対する熱的悪影響を防止できるようにしたものである。   In such a light emitting device 1, heat generated by light emission of the LED element 4 is transmitted to the heat radiating member 3, and is dissipated from the heat radiating member 3 to a mounting substrate (not shown). Further, it is possible to prevent thermal adverse effects on surrounding members and parts.

本発明は、貫通孔を有する絶縁性の基体と、前記基体より高い熱伝導率を有し、前記貫通孔から上面が突出するように挿入された絶縁性の放熱体と、前記上面に形成された反射金属膜と、前記反射金属膜上に実装された発光素子とを有し、前記放熱体および前記貫通孔は、それぞれ下方側が拡径していて、前記貫通孔の下方の貫通孔は、前記貫通孔の上方の貫通孔よりも大きな内径を有するとともに、内径の変更される箇所で下向き段部が設けられた段付き孔であり、前記放熱体は、前記下方の貫通孔の内径よりも僅かに小さな外形備えた第１の部分と、該第１の部分より上方に位置して、該第１の部分よりも小さな第２の部分とを有していて、該第２の部分の上面には上向き段部が形成されており、前記貫通孔の下向き段部と、前記放熱体の上向き段部との間には、接着部材が適用されることにより固定されており、かつ、前記絶縁性の基体の下部の開口である前記下方の貫通孔の内縁と、前記放熱体の第２の部分の外縁との間には僅かな間隙が設けられていいて、さらに、前記第２の部分は、周囲を囲まれない部分となるように、前記基体の上面よりも上方に突出していることを特徴とする。

The present invention is formed on the upper surface, an insulating base having a through hole, an insulating radiator having a higher thermal conductivity than the base and inserted so that the upper surface protrudes from the through hole. The reflective metal film, and a light emitting element mounted on the reflective metal film, the radiator and the through hole each have a lower diameter, and the through hole below the through hole is The stepped hole has a larger inner diameter than the through hole above the through hole, and is provided with a downward stepped portion at a location where the inner diameter is changed, and the heat radiator is larger than the inner diameter of the lower through hole. A first portion having a slightly smaller profile; and a second portion located above the first portion and smaller than the first portion, the upper surface of the second portion An upward stepped portion is formed in the through hole, and the heat sink An adhesive member is fixed between the upward stepped portion and the inner edge of the lower through-hole, which is an opening in the lower portion of the insulating base, and the second of the radiator. between the outer edge portions of they have a slight clearance is provided, further, the second portion, so that the portion not surrounded, that protrudes above the upper surface of the substrate It is characterized by.

ところが、特許文献１の発光装置１においては、放熱部材３が熱効率の高い材料として金属材料を用いて形成されている場合には、大きな電流が流れた場合には、破壊されるおそれがある。
つまり、該ＬＥＤ素子４に大電流を流すと、その分多量の熱が生成され、その熱が放熱部材３に伝えられる。放熱部材３は、この熱を図示しない２次基板、すなわち、実装基板に伝えると同時に、当該熱の影響で、その熱膨張係数にしたがって、熱膨張する。
ここで、ＬＥＤ素子４を構成する基板は、セラミックスであり、当該基板部分が、接着部材６で放熱部材３に接合されているため、このセラミックス部分の熱膨張係数と、金属である放熱部材３の熱膨張係数の相違により、接合した接着部材６部分に応力が加わり、破壊されるおそれがある。 However, in the light emitting device 1 of Patent Document 1, when the heat radiating member 3 is formed using a metal material as a material having high thermal efficiency, there is a risk of destruction when a large current flows.
That is, when a large current is passed through the LED element 4, a large amount of heat is generated and the heat is transmitted to the heat radiating member 3. The heat radiating member 3 conducts this heat to a secondary substrate (not shown), that is, a mounting substrate, and at the same time, thermally expands according to its thermal expansion coefficient due to the influence of the heat.
Here, since the board | substrate which comprises the LED element 4 is ceramics, and the said board | substrate part is joined to the heat radiating member 3 with the adhesive member 6, the thermal expansion coefficient of this ceramic part, and the heat radiating member 3 which is a metal. Due to the difference in thermal expansion coefficient, stress is applied to the bonded adhesive member 6 and there is a risk of destruction.

上記特許文献１には、放熱部材３の材料として、セラミックスが開示されているが、単に放熱部材３をセラミックで形成するだけでは、放熱性と信頼性とを兼ね備えた発光装置を得ることはできなかった。接着部材   The above-mentioned Patent Document 1 discloses ceramics as a material for the heat dissipation member 3, but a light emitting device having both heat dissipation and reliability can be obtained simply by forming the heat dissipation member 3 from ceramic. There wasn't. Adhesive member

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、発光にともなう熱による悪影響を排除し、しかも光の取り出し効率を良好にした発光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a light-emitting device that eliminates the adverse effects of heat associated with light emission and that has good light extraction efficiency.

上記の目的は、第１の発明にあっては、貫通孔を有する絶縁性の基体と、前記基体より高い熱伝導率を有し、前記貫通孔から上面が突出するように挿入された絶縁性の放熱体と、前記上面に形成された反射金属膜と、前記反射金属膜上に実装された発光素子とを有する発光装置により、達成される。   According to the first aspect of the present invention, there is provided an insulating base having a through hole and an insulating base having a higher thermal conductivity than the base and having an upper surface protruding from the through hole. This is achieved by a light emitting device having a heat dissipation body, a reflective metal film formed on the upper surface, and a light emitting element mounted on the reflective metal film.

また、前記基体および／または前記放熱体がセラミックス、合成樹脂、もしくは有機物に無機物が含有されたハイブリッド材料のいずれかの材料で形成されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the base body and / or the heat dissipating body is made of any material of ceramics, synthetic resin, or a hybrid material in which an inorganic substance is contained in an organic substance.

また、前記基体と前記放熱体とが互いに異なる種類のセラミックスで形成されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the base body and the heat radiating body are formed of different types of ceramics.

また、前記放熱体が、窒化珪素により形成されていることが好ましく、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、もしくは炭化アルミニウムのいずれかの材料により形成することもできる。   The heat radiator is preferably made of silicon nitride, and can be made of any material of aluminum nitride, silicon carbide, or aluminum carbide.

また、前記反射金属膜の表面に、硫化防止膜が形成されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that an anti-sulfurization film is formed on the surface of the reflective metal film.

また、前記発光素子と前記反射金属膜との間に複数の金属バンプを離間して有することが好ましい。   In addition, it is preferable that a plurality of metal bumps are separated from the light emitting element and the reflective metal film.

本発明によれば、発光にともなう熱による悪影響を排除し、しかも光の取り出し効率を良好にした発光装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a light-emitting device that eliminates the adverse effects of heat associated with light emission and that has good light extraction efficiency.

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The embodiment described below is a preferred specific example of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these forms.

図１は実施形態に係る発光装置の概略斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線切断概略端面図、図３は図１の概略下面図である。
これらの図において、発光装置２０は、ほぼ中央に貫通孔２４を形成した絶縁性の基体３０と、該基体３０の貫通孔２４内に上面が突出するように挿入された熱伝導率の高い絶縁性の放熱体４０と、該放熱体４０の上面に実装された発光素子２１とを有していて、放熱体４０の上面において、発光素子２１を実装した実装面に反射金属膜２３を形成している。そして、基体３０の上部から露出した部分は透光性の封止部材５０により封止されている。 1 is a schematic perspective view of a light emitting device according to an embodiment, FIG. 2 is a schematic end view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic bottom view of FIG.
In these drawings, the light-emitting device 20 includes an insulating base 30 having a through hole 24 formed substantially at the center, and an insulating material with high thermal conductivity inserted so that the upper surface protrudes into the through hole 24 of the base 30. The heat dissipation body 40 and the light emitting element 21 mounted on the upper surface of the heat dissipation body 40 are formed. On the upper surface of the heat dissipation body 40, the reflective metal film 23 is formed on the mounting surface on which the light emitting element 21 is mounted. ing. The portion exposed from the upper portion of the base 30 is sealed with a translucent sealing member 50.

この実施形態では、発光素子２１と放熱体４０の間に反射金属膜２３を介していることから、発光素子２１から発生する熱を迅速に２次基板側に放熱することができ、発光素子２１およびその周辺部材へ熱がこもり熱的悪影響が及ぶことを防止することができる。
また、前記発光素子２１が実装され最も熱の影響を受ける前記放熱体４０の上面を前記基体３０より突出させていることから、前記基体３０へかかる熱応力を抑制することができる。さらに、発光素子２１から射出した光のうち、前記放熱体４０の内部に向かう部分が、該反射金属膜２３により反射されて、放熱体４０以外の方向へ向けられるので、光の取り出し効率が向上する。 In this embodiment, since the reflective metal film 23 is interposed between the light emitting element 21 and the heat radiating body 40, heat generated from the light emitting element 21 can be quickly radiated to the secondary substrate side. In addition, it is possible to prevent heat from being accumulated on the peripheral members and the peripheral members from adversely affecting the heat.
Further, since the upper surface of the heat radiating body 40 on which the light emitting element 21 is mounted and which is most affected by heat is protruded from the base body 30, thermal stress applied to the base body 30 can be suppressed. Further, the portion of the light emitted from the light emitting element 21 toward the inside of the heat radiating body 40 is reflected by the reflective metal film 23 and is directed to the direction other than the heat radiating body 40, so that the light extraction efficiency is improved. To do.

基体３０の平面は、図１および図３に示されているように、例えば、ほぼ正方形の外形とされており、中央部に貫通孔２４が形成されている。
貫通孔２４の内径は上部で小さく、下部では大きい。すなわち、貫通孔２４は階段状に拡径されており、下方の貫通孔２４ｂの内径は上方の貫通孔２４ａの内径より大きい。この貫通孔２４の内側が、後述する放熱体が挿入される空間とされている。すなわち、前記空間は、図２に示すように、略凸形状とされており、内側に下向き段部３６を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 3, the plane of the base body 30 has, for example, a substantially square outer shape, and a through hole 24 is formed in the center.
The inner diameter of the through hole 24 is small at the top and large at the bottom. That is, the diameter of the through hole 24 is increased stepwise, and the inner diameter of the lower through hole 24b is larger than the inner diameter of the upper through hole 24a. The inside of the through hole 24 is a space in which a heat radiating body, which will be described later, is inserted. That is, as shown in FIG. 2, the space has a substantially convex shape and includes a downward stepped portion 36 inside.

この基体３０は、セラミックスもしくは合成樹脂、有機物に無機物が含有されたハイブリッド材料で形成することができる。このような構成により、特に発光素子２１の基板２２がセラミックスの場合、発光素子２１の基板２２と放熱体４０とは同種の材料となって、熱膨張係数に大きな相違がないことから、各部材の熱応力により接合部分が破壊されるおそれがない。
基体３０を構成する材料としては、本実施形態では、セラミックスが選択されている。また、後述する放熱体４０をセラミックスで形成した場合に、該放熱体４０より熱伝導率の低いセラミックスにて形成することができる。このように、一般に高価とされる放熱性に優れたセラミック材料を使用する部分を放熱体４０の部分に限定することで、大幅にコストを下げることができる。 The substrate 30 can be formed of ceramics, a synthetic resin, or a hybrid material in which an inorganic substance is contained in an organic substance. With such a configuration, particularly when the substrate 22 of the light emitting element 21 is ceramic, the substrate 22 of the light emitting element 21 and the heat dissipating body 40 are made of the same material and there is no significant difference in the coefficient of thermal expansion. There is no fear that the bonded portion is destroyed by the thermal stress.
In this embodiment, ceramics is selected as the material constituting the substrate 30. Further, when the radiator 40 described later is formed of ceramics, it can be formed of ceramics having lower thermal conductivity than the radiator 40. In this way, by limiting the portion using the ceramic material, which is generally expensive and excellent in heat dissipation, to the portion of the radiator 40, the cost can be significantly reduced.

具体的には、図２に示すように、酸化アルミニウム（アルミナ）（Ａｌ２Ｏ３）によるセラミックスグリーンシートを利用した第１の基板３１と、第２の基板３２とを積層して形成されている。すなわち、第１の基板３１の内側の材料を上記開口部３７の大きさに対応するように大きく除去し、第２の基板３２の内側の材料を貫通孔２４の大きさに対応するように除去して成形し、積層後に焼結して形成することができるものである。 Specifically, as shown in FIG. 2, a first substrate 31 using a ceramic green sheet made of aluminum oxide (alumina) (Al 2 O 3 ) and a second substrate 32 are laminated. Yes. That is, the material inside the first substrate 31 is largely removed so as to correspond to the size of the opening 37, and the material inside the second substrate 32 is removed so as to correspond to the size of the through hole 24. And can be formed by sintering after lamination.

そして、この焼結前においては、貫通孔を形成することで、第１の基板３１と第２の基板のそれぞれについて、上記したように内側の材料を除去するとともに、図２の縦方向に延びる貫通孔と、これに続いて第２の基板３２の表面に沿って引き回した部分と、これに続いて第１の基板３１の縦方向に沿って形成した貫通孔内にタングステンメタライズを形成するための導電ペーストを印刷などにより塗布する。また、同時に導電ペーストは、基体３０の上面３９の符合３３で示す箇所と、基体３０の下面の図３の符合３４で示す箇所にも塗布しておく。そして、上記焼結後に金メッキなどを施すことにより、電極パッド３３と、実装端子３４とを形成することができるとともに、この電極パッド３３と実装端子３４とを導通部３５にて導通させることができる。
なお、導電ペーストは、タングステンやモリブデンなど高融点金属を樹脂バインダーに含有させたペースト状の材料であり、例えばスクリーン印刷などの手法により焼結前のグリーンシート成形物に塗布し、セラミックス材料の焼結とともに、メタライズ部を形成することができるものである。 And before this sintering, while forming a through-hole, while removing the inner material about each of the 1st board | substrate 31 and the 2nd board | substrate as mentioned above, it extends to the vertical direction of FIG. In order to form tungsten metallization in the through hole, the portion subsequently drawn along the surface of the second substrate 32, and the through hole formed along the longitudinal direction of the first substrate 31 following this. The conductive paste is applied by printing or the like. At the same time, the conductive paste is also applied to a portion indicated by reference numeral 33 on the upper surface 39 of the base 30 and a portion indicated by reference numeral 34 in FIG. Then, by performing gold plating or the like after the sintering, the electrode pad 33 and the mounting terminal 34 can be formed, and the electrode pad 33 and the mounting terminal 34 can be electrically connected by the conductive portion 35. .
The conductive paste is a paste-like material in which a high-melting-point metal such as tungsten or molybdenum is contained in a resin binder. For example, the conductive paste is applied to a green sheet molding before sintering by a technique such as screen printing, and the ceramic material is baked. A metallized part can be formed together with the conclusion.

基体３０の内側に挿入固定される放熱体４０は、絶縁材料で形成されており、特に、その上面に実装される発光素子２１の基板２２と熱膨張係数（線膨張係数）の点で大きく相違しない材料が選択され、しかも熱伝達率が高いものを選択することが好ましい。そのような点から、この実施形態では、放熱体４０は比較的熱伝達率の高いセラミックスが選択されている。
この放熱体４０も基本的には、後で詳しく説明する個々のセラミックス材料で形成されたセラミックスグリーンシートなどを用いて、例えば、図２において鎖線で区分したような２枚の基板を積層して焼結することにより形成することができる。
このようにして形成される放熱体４０は、図２に示すように、基体３０の開口部３７の内径よりもわずかに小さな外形を備えた基部である第１の部分４１と、第１の部分４１よりも小さな外形であって、貫通孔２４の内径よりも僅かに小さな外形を備えた第２の部分４２とを有している。 The heat radiating body 40 inserted and fixed inside the base body 30 is made of an insulating material, and is particularly different from the substrate 22 of the light emitting element 21 mounted on the upper surface in terms of thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient). It is preferable to select a material that does not have a high heat transfer coefficient. From such a point, in this embodiment, ceramics having a relatively high heat transfer coefficient is selected as the radiator 40.
Basically, the heat radiating body 40 is also formed by laminating, for example, two substrates separated by chain lines in FIG. It can be formed by sintering.
As shown in FIG. 2, the heat radiator 40 formed in this way includes a first portion 41 that is a base portion having an outer shape slightly smaller than the inner diameter of the opening 37 of the base body 30, and a first portion. And a second portion 42 having an outer shape smaller than 41 and slightly smaller than the inner diameter of the through-hole 24.

これにより、放熱体４０は、図２に示すように、縦断面がほぼ凸形状とされており、第２の部分４２は基体３０の上面３９よりも上方に大きく突出している。また、第１の部分４１の上面は、第２の部分４２の周囲を囲む上向き段部４３を有している。このような構成により、放熱体の上面に接合されている発光素子からの熱が、該放熱体の下方に移動しながら、拡径部で熱を広い範囲に伝達して拡散させやすく、迅速に発光装置から二次実装基板側へ放熱することができる。   As a result, as shown in FIG. 2, the radiator 40 has a substantially convex longitudinal section, and the second portion 42 protrudes greatly above the upper surface 39 of the base body 30. Further, the upper surface of the first portion 41 has an upward stepped portion 43 that surrounds the periphery of the second portion 42. With such a configuration, heat from the light emitting element bonded to the upper surface of the heat radiating body is easily transferred and diffused in a wide range at the enlarged diameter portion while moving downward to the heat radiating body. Heat can be radiated from the light emitting device to the secondary mounting substrate side.

ここで、セラミックス製の放熱体４０を、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で形成する場合には、熱伝達率が７０乃至８０（Ｗ／ｍ２ｈ℃）と、比較的高く、放熱性に優れるとともに、可撓性があることで、成形性、加工性に優れている点を利用して製造が容易となる。
また、放熱体４０を、窒化アルミニウム（ＡｌＨ）により形成すると、その２００（Ｗ／ｍ２ｈ℃）を超える良好な熱伝導率により、特に放熱機能に優れた発光装置を得ることができる。 Here, when the ceramic radiator 40 is formed of silicon nitride (Si 3 N 4 ), the heat transfer coefficient is relatively high at 70 to 80 (W / m 2 h ° C.), and the heat dissipation is excellent. In addition, since it is flexible, manufacturing is facilitated by utilizing the point that it is excellent in moldability and workability.
In addition, when the heat radiating body 40 is formed of aluminum nitride (AlH), a light emitting device that is particularly excellent in the heat radiating function can be obtained due to its good thermal conductivity exceeding 200 (W / m 2 h ° C.).

さらに、放熱体４０を、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）により形成すると、３００（Ｗ／ｍ２ｈ℃）の良好な熱伝導率により、特に放熱機能に優れた発光装置を得ることができるという利点がある。
また、放熱体４０を、金属浸透複合材料（Al/C、Al/SiC、Cu/Moなど）により形成すると、１５０−３５０（Ｗ／ｍ２ｈ℃）の高い熱伝達率を有するだけでなく、成形性・加工性にも優れているという利点がある。
以上の構成の放熱体４０が、基体３０の貫通孔２４の内側に収容された状態で、放熱体４０の上向き段部４３と、基体３０の下向き段部３６の間に、接着部材４５を適用して固定されている。 Furthermore, when the heat radiating body 40 is formed of silicon carbide (SiC), there is an advantage that a light emitting device having a particularly excellent heat radiating function can be obtained due to good thermal conductivity of 300 (W / m 2 h ° C.).
In addition, when the heat radiating body 40 is formed of a metal-penetrating composite material (Al / C, Al / SiC, Cu / Mo, etc.), it not only has a high heat transfer coefficient of 150-350 (W / m2h ° C.), but is also molded. There is an advantage that it is excellent in workability and workability.
The adhesive member 45 is applied between the upward step portion 43 of the heat radiator 40 and the downward step portion 36 of the base body 30 in a state where the heat radiator 40 having the above configuration is accommodated inside the through hole 24 of the base body 30. And fixed.

基体３０の上面３９から大きく突出した放熱体４０の第２の部分４２の上面側４４には発光素子２１が接合されている。
特に、この実施形態では、図１に示すように、放熱体４０の第２の部分４２の上面側４４には、４つの発光素子２１，２１，２１，２１が接合されることにより、合計すると非常に大きな光量となるようにされている。
ここで、これら発光素子２１が固定されている放熱体４０は、上述のようにセラミックスにより形成されている。 The light emitting element 21 is bonded to the upper surface side 44 of the second portion 42 of the heat radiating body 40 that largely protrudes from the upper surface 39 of the base body 30.
In particular, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the four light emitting elements 21, 21, 21, 21 are joined to the upper surface side 44 of the second portion 42 of the radiator 40 to add up. The amount of light is very large.
Here, the heat radiator 40 to which the light emitting elements 21 are fixed is formed of ceramics as described above.

すなわち、各発光素子２１の基板２２は、窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、該基板２２にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯやＧａＮ単結晶等の材料が用いられる。つまり、基板２２はセラミックスで形成されていることから、放熱体４０を金属で形成すると、発光素子２１に通電されることで熱が生成された際に、その熱による基板２２の部分の熱膨張係数と、該熱が伝えられる金属製の放熱体の熱膨張係数に大きな違いがあると、発光素子２１の接合部分に応力が集中されて破壊されるおそれがある。   That is, when a gallium nitride compound semiconductor is used for the substrate 22 of each light emitting element 21, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, or GaN single crystal is used for the substrate 22. That is, since the substrate 22 is formed of ceramics, when the heat radiating body 40 is formed of metal, when heat is generated by energizing the light emitting element 21, thermal expansion of the portion of the substrate 22 due to the heat is generated. If there is a large difference between the coefficient and the thermal expansion coefficient of the metal heat radiating body to which the heat is transmitted, there is a possibility that stress is concentrated on the joint portion of the light emitting element 21 and is destroyed.

本実施形態では、このような事態を回避するために、上述のように、発光素子から直接熱引きをする金属部材を、熱にてほとんど膨張しない膜（反射金属膜２３）として形成し、その膜から熱伝達率の比較的高いセラミックスからなる放熱体４０へと放熱させる熱経路を設けることにより、放熱効果を確保しつつ、熱膨張係数が発光素子２１の基板２２の部分と大きく相違しないようにして、上記破壊を防止するものである。
また、本実施形態では、反射金属膜２３が発光素子２１からの光を反射する機能を有している。このため、透明もしくは光透過性（窒化アルミニウム）、あるいは基本的には多孔質材料であるセラミックスからなる放熱体に、放熱性を低下させる原因となる白色顔料などを含有させなくても、高い放熱性と光取り出し効率とを兼ね備えた発光装置を得ることができる。この反射金属膜２３は、以下の構成を考慮して形成する。 In the present embodiment, in order to avoid such a situation, as described above, the metal member that directly heats from the light emitting element is formed as a film (reflective metal film 23) that hardly expands due to heat. By providing a heat path for dissipating heat from the film to the heat dissipating body 40 made of ceramics having a relatively high heat transfer coefficient, the thermal expansion coefficient does not greatly differ from that of the substrate 22 of the light emitting element 21 while ensuring a heat dissipating effect. Thus, the destruction is prevented.
In the present embodiment, the reflective metal film 23 has a function of reflecting light from the light emitting element 21. For this reason, high heat dissipation can be achieved without including a white pigment or the like that causes a decrease in heat dissipation in a heat dissipating body made of ceramic, which is transparent or light transmissive (aluminum nitride) or basically a porous material. Thus, a light-emitting device having both the performance and the light extraction efficiency can be obtained. The reflective metal film 23 is formed in consideration of the following configuration.

すなわち、放熱体４０の第２の部分４２の上面４４に反射金属膜２３を形成し、その上に接着部材などを用いて発光素子２１を接合している。各発光素子は図１に示すように、それぞれ陽極と陰極に区分された電極パッド３３に対してワイヤボンディングされることにより電気的に接続されており、このようにして、発光素子２１が実装されている。
ここで、表示用のカラーディスプレイに用いる発光装置として利用するためには、赤色系発光素子と、緑色系発光素子とともに、発光波長が４３０ｎｍから４９０ｎｍである青色系発光素子を用いることが必要である。また、図１のように、同色発光の発光素子を複数個用いることもできる。このような発光素子２１としては、広く用いられているものを利用することができるが、青色系発光素子としては、ＩｎＧａＮの半導体を発光層として形成した発光ダイオード（ＬＥＤ）を好適に利用することができる。 That is, the reflective metal film 23 is formed on the upper surface 44 of the second portion 42 of the radiator 40, and the light emitting element 21 is bonded thereon using an adhesive member or the like. As shown in FIG. 1, each light emitting element is electrically connected by wire bonding to an electrode pad 33 divided into an anode and a cathode, and thus the light emitting element 21 is mounted. ing.
Here, in order to use as a light emitting device used for a color display for display, it is necessary to use a red light emitting element and a green light emitting element together with a blue light emitting element having an emission wavelength of 430 nm to 490 nm. . In addition, as shown in FIG. 1, a plurality of light emitting elements emitting the same color can be used. As such a light emitting element 21, a widely used one can be used, but as a blue light emitting element, a light emitting diode (LED) in which an InGaN semiconductor is formed as a light emitting layer is preferably used. Can do.

そして、このような発光素子２１に関して、特に青色系発光素子の光取り出し効率を向上させるためには、その光反射率が７０％以上となる反射金属膜２３を形成することが好ましい。
このような金属膜としては、金、アルミニウム、銀、パラジウム、ロジウムなどを主成分とする合金からなる反射金属膜２３を形成することが好ましい。金は波長４３０ｎｍから４９０ｎｍの光に対して、ほぼ７０パーセントの反射率を有しており、放熱体４０の上面４４に対して、スパッタリングや、ニッケルの下地を形成後にメッキすることなどにより形成することができる。
アルミニウムは波長４３０ｎｍから４９０ｎｍの光に対して、ほぼ９２パーセントの反射率を有しており、放熱体４０の上面４４に対して、スパッタリングなどにより形成することができ、金等よりも安価である。
また、銀は波長４３０ｎｍから４９０ｎｍの光に対して、ほぼ９６パーセントの反射率を有しており、放熱体４０の上面４４に対して、スパッタリングやニッケルの下地を形成後にメッキすることなどにより形成することができる。あるいは銀ペーストなどによるメタライズを形成することによっても形成可能である。 In order to improve the light extraction efficiency of the blue light emitting element, it is preferable to form the reflective metal film 23 having a light reflectance of 70% or more.
As such a metal film, it is preferable to form a reflective metal film 23 made of an alloy mainly composed of gold, aluminum, silver, palladium, rhodium or the like. Gold has a reflectivity of approximately 70 percent with respect to light having a wavelength of 430 nm to 490 nm, and is formed by sputtering or plating after forming a nickel base on the upper surface 44 of the radiator 40. be able to.
Aluminum has a reflectivity of approximately 92% with respect to light having a wavelength of 430 nm to 490 nm, and can be formed on the upper surface 44 of the radiator 40 by sputtering or the like, and is cheaper than gold or the like. .
Further, silver has a reflectivity of approximately 96% with respect to light having a wavelength of 430 nm to 490 nm, and is formed by plating the upper surface 44 of the radiator 40 after sputtering or forming a nickel base. can do. Alternatively, it can be formed by forming a metallization with silver paste or the like.

また、反射金属膜２３上に図示しない硫化防止膜が形成されていることが好ましく、これにより、高温高湿下での使用による硫化に起因する反射性の低下を抑制することができる。硫化防止膜は、ＳｉＯ２，ＳｉＣ，Ｓｉ，又はそれらのいずれかを主成分とする材料を用いることができる。ここで主成分とするとは、材料中にＳｉＯ２，ＳｉＣ，又はＳｉを９０ｍｏｌ％以上含有することを意味し、好ましくは９５ｍｏｌ％以上である。
硫化防止膜の膜厚は、３〜２２ｎｍとすることが好ましい。３ｎｍ以上あれば、スパッタリングにより形成された膜がほぼ均一になるので硫化防止機能を発揮するが、これよりも薄いと、部分的に欠陥を生じる確率が急に高くなってしまう。また、２２ｎｍを超えると、膜厚の増加と共に反射金属膜２３の反射率が低下してしまう。 In addition, it is preferable that an anti-sulfurization film (not shown) is formed on the reflective metal film 23, thereby suppressing a decrease in reflectivity due to sulfurization due to use under high temperature and high humidity. The sulfidation preventing film can be made of SiO2, SiC, Si, or a material mainly containing any of them. Here, the main component means that the material contains 90 mol% or more of SiO2, SiC, or Si, and preferably 95 mol% or more.
The film thickness of the sulfidation preventive film is preferably 3 to 22 nm. If the thickness is 3 nm or more, the film formed by sputtering becomes almost uniform and exhibits a function of preventing sulfidation. However, if the thickness is smaller than this, the probability that a defect is partially generated suddenly increases. On the other hand, if it exceeds 22 nm, the reflectivity of the reflective metal film 23 decreases as the film thickness increases.

また、前記反射金属膜２３上に発光素子２１を接合する接着部材として、金属材料を主成分とする接着部材を用いることが好ましい。これにより発光素子２１から反射金属膜２３への放熱性を向上させることができる。しかしながら、金属性接着部材にて発光素子２１下面全面を反射金属膜２３に接着すると、発光素子２１の下面側へ発光される光は前記金属性接着剤および反射金属膜２３にて発光素子側へ全反射されることから、光取り出し効率が低下してしまう。そこで、金属性接着部材として図示しないバンプを用い、前記発光素子２１と前記反射金属膜２３との間に、互いに離間して配置された複数の金属バンプを介在させ、該金属バンプにより発光素子２１を接合することが好ましい。これにより、金属バンプが形成されていない発光素子２１の下面部分から取り出された光を、前記反射金属膜２３の表面にて効率良く外部方向へ取り出すことが可能となる。   Further, as an adhesive member for joining the light emitting element 21 on the reflective metal film 23, an adhesive member mainly composed of a metal material is preferably used. Thereby, the heat dissipation from the light emitting element 21 to the reflective metal film 23 can be improved. However, when the entire lower surface of the light emitting element 21 is bonded to the reflective metal film 23 with the metallic adhesive member, the light emitted to the lower surface side of the light emitting element 21 is directed to the light emitting element side with the metallic adhesive and the reflective metal film 23. Since the light is totally reflected, the light extraction efficiency is lowered. Therefore, a bump (not shown) is used as the metallic adhesive member, and a plurality of metal bumps arranged apart from each other are interposed between the light emitting element 21 and the reflective metal film 23, and the light emitting element 21 is formed by the metal bump. Are preferably joined. As a result, it is possible to efficiently extract light extracted from the lower surface portion of the light emitting element 21 on which the metal bump is not formed on the surface of the reflective metal film 23 toward the outside.

図１および図２に示すように、発光装置２０は、基体３０の上部から、放熱体４０に実装された各発光素子２１をカバーするように、封止部材５０により封止されている。該封止部材５０により、発光装置の各部材を外部からの機械的応力や水分の侵入から保護することができる。
ただし、発光素子２１の生成する光が外部に効率良く取り出されるように、封止部材５０は、光を透過する材料でなければならない。
具体的には、封止部材５０は、透明樹脂として、エポキシ樹脂や、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミドなど半導体に用いる封止樹脂を好適に使用でき、樹脂以外にも透明なガラスなどを用いてもよい。樹脂を用いる場合には、耐熱性や耐光性に優れ、紫外線を含む短波長の高エネルギー光に曝されても着色劣化しにくいシリコーン樹脂や変性シリコーン樹脂を用いることが好ましい。
さらに、透明な封止部材５０には、視野角を増加するためチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等の拡散剤を混入してもよい。
また、封止部材５０には、特定の波長をカットするための着色料を混入させてもよい。
さらには、ＬＥＤチップからの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などの蛍光物質を含有させることにより、白色系の光を発光することが可能な高出力なＬＥＤを形成することができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting device 20 is sealed by a sealing member 50 so as to cover each light emitting element 21 mounted on the radiator 40 from the upper part of the base 30. The sealing member 50 can protect each member of the light-emitting device from external mechanical stress and moisture intrusion.
However, the sealing member 50 must be a material that transmits light so that the light generated by the light emitting element 21 can be efficiently extracted to the outside.
Specifically, the sealing member 50 can suitably use a sealing resin used for a semiconductor such as an epoxy resin, a silicone resin, a modified epoxy resin, a modified silicone resin, or a polyamide as a transparent resin. Glass or the like may be used. In the case of using a resin, it is preferable to use a silicone resin or a modified silicone resin that is excellent in heat resistance and light resistance and hardly undergoes color degradation even when exposed to short wavelength high energy light including ultraviolet rays.
Further, the transparent sealing member 50 may be mixed with a diffusing agent such as barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, or silicon oxide in order to increase the viewing angle.
The sealing member 50 may be mixed with a colorant for cutting a specific wavelength.
Furthermore, white light can be emitted by containing a fluorescent material such as a YAG: Ce phosphor that emits yellow light that is a complementary color by partially absorbing blue light from the LED chip. Possible high power LEDs can be formed.

なお、発光素子２１に大きな電流が流れて破壊されることを防止するために、好ましくは、図１に示すように、保護素子として、例えば好ましくは、ツェナーダイオード５１を、これら発光素子２１への通電回路へ並列に介装するようにしてもよい。
図１および図３に示すように、基体３０の下部外面に切欠き部５５を形成することが好ましい。これにより、二次基板（図示せず）にハンダなどを用いて実装する際に、リフロー工程で、基体３０の側面にハンダのヒケを形成することができ、接続を確実にすることができる。 In order to prevent a large current from flowing through the light emitting elements 21 and being destroyed, preferably, for example, a Zener diode 51 is preferably used as a protective element as shown in FIG. You may make it interpose to an electricity supply circuit in parallel.
As shown in FIGS. 1 and 3, it is preferable to form a notch 55 on the lower outer surface of the base 30. Thereby, when mounting on a secondary substrate (not shown) using solder or the like, solder sink marks can be formed on the side surface of the base body 30 in the reflow process, and the connection can be ensured.

本発明は上述の実施形態に限定されない。上述の実施形態における各構成は、必要により、その一部を省略したり、他の構成と入れ換えて、異なる構成の組み合わせのもとで実施されてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration in the above-described embodiment may be implemented under a combination of different configurations, if necessary, by omitting a part thereof or replacing other configurations.

本発明の実施形態にかかる発光装置の概略斜視図。1 is a schematic perspective view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. 図１のＡ−Ａ線切断端面図。The AA cut | disconnection end elevation of FIG. 図１の発光装置の概略下面図。The schematic bottom view of the light-emitting device of FIG. 従来の発光装置の一例を示す概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a conventional light emitting device.

符号の説明Explanation of symbols

２０・・・発光装置、２１・・・発光素子、２２・・・基板、２３・・・反射金属膜、２４・・・貫通孔、３０・・・基体、３１・・・第１の基板、３２・・・第２の基板、３３・・・電極パッド、３４・・・実装端子、４０・・・放熱体   DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Light emitting device, 21 ... Light emitting element, 22 ... Substrate, 23 ... Reflective metal film, 24 ... Through-hole, 30 ... Base, 31 ... First substrate, 32 ... 2nd board | substrate, 33 ... Electrode pad, 34 ... Mounting terminal, 40 ... Radiator

Claims (7)

貫通孔を有する絶縁性の基体と、
前記基体より高い熱伝導率を有し、前記貫通孔から上面が突出するように挿入された絶縁性の放熱体と、
前記上面に形成された反射金属膜と、
前記反射金属膜上に実装された発光素子と
を有し、
前記放熱体および前記貫通孔は、それぞれ下方側が拡径していて、
前記貫通孔の下方の貫通孔は、前記貫通孔の上方の貫通孔よりも大きな内径を有するとともに、内径の変更される箇所で下向き段部が設けられた段付き孔であり、
前記放熱体は、
前記下方の貫通孔の内径よりも僅かに小さな外形備えた第１の部分と、
該第１の部分より上方に位置して、該第１の部分よりも小さな第２の部分とを有していて、該第２の部分の上面には上向き段部が形成されており、
前記貫通孔の下向き段部と、前記放熱体の上向き段部との間には、接着部材が適用されることにより固定されており、
かつ、前記絶縁性の基体の下部の開口である前記下方の貫通孔の内縁と、前記放熱体の第２の部分の外縁との間には僅かな間隙が設けられていて、
さらに、前記第２の部分は、周囲を囲まれない部分となるように、前記基体の上面よりも上方に突出している
ことを特徴とする発光装置。 An insulating substrate having a through hole;
An insulating heat sink having a higher thermal conductivity than the base and inserted so that the upper surface protrudes from the through hole;
A reflective metal film formed on the upper surface;
A light emitting device mounted on the reflective metal film,
The heat radiator and the through-hole each have a lower diameter on the lower side,
The through-hole below the through-hole has a larger inner diameter than the through-hole above the through-hole, and is a stepped hole provided with a downward stepped portion at a place where the inner diameter is changed,
The radiator is
A first portion having an outer shape slightly smaller than the inner diameter of the lower through hole;
The second portion is located above the first portion and is smaller than the first portion, and an upward step is formed on the upper surface of the second portion.
Between the downward stepped portion of the through hole and the upward stepped portion of the radiator, an adhesive member is applied and fixed.
And, a slight gap is provided between the inner edge of the lower through-hole, which is the lower opening of the insulating base, and the outer edge of the second part of the radiator ,
The light emitting device according to claim 1, wherein the second portion protrudes above the upper surface of the base so as to be a portion not surrounding the periphery . 前記基体および／または前記放熱体がセラミックス、合成樹脂、もしくは有機物に無機物が含有されたハイブリッド材料のいずれかの材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。   2. The light emitting device according to claim 1, wherein the base body and / or the heat radiating body is formed of any one of ceramic, synthetic resin, or a hybrid material in which an inorganic substance is contained in an organic substance. 前記基体と前記放熱体とが互いに異なる種類のセラミックスで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 2, wherein the base body and the heat radiating body are formed of different types of ceramics. 前記放熱体が、窒化珪素により形成されていることを特徴とする請求項２ないし３のいずれかに記載の発光装置。   4. The light emitting device according to claim 2, wherein the heat radiating body is made of silicon nitride. 前記放熱体が、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、もしくは炭化アルミニウムのいずれかの材料により形成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の発光装置。   5. The light emitting device according to claim 2, wherein the heat radiating body is made of any material of aluminum nitride, silicon carbide, or aluminum carbide. 前記反射金属膜の表面に、硫化防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の発光装置。   6. The light emitting device according to claim 1, wherein an anti-sulfurization film is formed on the surface of the reflective metal film. 前記発光素子が前記反射金属膜に対して互いに離間して配置された複数の金属バンプを介して接合されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の発光装置。   The light-emitting device according to claim 1, wherein the light-emitting element is bonded to the reflective metal film via a plurality of metal bumps that are spaced apart from each other.
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