(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ素子と封止樹脂との界面での応力の発生を防止することにより、ＬＥＤ素子の不点灯及び光度低下を回避する。【解決手段】  発光装置１は、フリップチップ型のＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２の電極と後述する導電層とを電気的に接続する金属バンプ３と、エポキシ樹脂等の光透過性材料から成る封止樹脂４と、断面形状が逆台形の凹部５になるように形成されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る略立体形状のケース６と、ＬＥＤ素子２の半田バンプ２形成面を実装されるセラミックス基板６Ａと、ＬＥＤ素子２の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜７とにより構成されている。【選択図】      図１
2006013324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子が配線パターンを有する絶縁性基板に実装される発光装置であって、
前記ＬＥＤ素子の電極形成面は、前記ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記絶縁性基板に実装されることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ素子は、光取り出し面が前記絶縁性被膜により被覆されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ素子は、半田バンプ形成面が前記絶縁性基板にフリップチップ実装されることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項４】
前記絶縁性基板は、アルミナセラミックスから成ることを特徴とする請求項１，２，又は３記載の発光装置。
【請求項５】
ＬＥＤ素子がリードフレームに実装される発光装置であって、
前記ＬＥＤ素子の電極形成面と反対面は、前記ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記リードフレームに実装されることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤ素子は、光取り出し面が前記絶縁性被膜により被覆されることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項７】
ＬＥＤ素子がリードフレームに実装されるとともに、前記ＬＥＤ素子が樹脂ケースで囲まれる発光装置であって、
前記ＬＥＤ素子は、前記ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記リードフレームに実装されることを特徴とする発光装置。
【請求項８】
前記絶縁性基板、前記リードフレーム、あるいは前記樹脂ケースの反射面に、前記絶縁性被膜に高反射率材料を含ませた反射膜が形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤ素子は、赤色、緑色、及び青色の発光色で発光する単色のＬＥＤ素子を一体的にパッケージして構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記ＬＥＤ素子は、前記絶縁性被膜によって素子全体が包囲されるとともに前記絶縁性被膜が封止材料によって封止されることを特徴とする請求項１又は７に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子から光を放射する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＬＥＤのような発光装置が各種電子機器に広く用いられている。このようなＬＥＤの代表的な構造として、表面実装型のＬＥＤが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、従来の表面実装型のＬＥＤを示す断面図である。この表面実装型のＬＥＤ１００は、対称形状をした２つのメタルコアを、断面形状が逆台形の凹部１１２になるように電気絶縁性接着剤１１４で固着した略立体形状のメタルコア基板１１１と、絶縁基板に所定の電極パターンを形成したサブマウント基板１０３と、サブマウント基板１０３に半田バンプ１０５を介して実装されたＬＥＤ素子１１５と、ＬＥＤ素子１１５を封止する封止樹脂１１７とから成り、メタルコア基板１１１の凹部１１２の底面１１２ａ及び斜面１１２ｂに形成された光沢銀メッキ等から成る反射膜１１３に接着剤１１４を跨ぐようにして半田１１６で半田付けされたサブマウント１０２とを備えている。
【０００４】
サブマウント基板１０３は、熱膨張係数がＬＥＤ素子１１５とメタルコア基板１１１の中間にあるガラス基板、若しくはガラスエポキシ基板が用いられる。
【０００５】
この表面実装型のＬＥＤ１００は、メタルコア基板１１１の下面１１１ａの外部接続端子部を、図示しないプリント基板に半田等で電気的に固定することにより電子機器に組み込まれる。
【特許文献１】特開２００３−３０３９９９号公報（[０００６]〜[０００７]、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された従来のＬＥＤ素子によると、ＬＥＤ素子１１５と封止樹脂１１７間では封止樹脂１１７が液状から固形物に変化する場合に、収縮、膨張等の体積変化が生ずるので、ＬＥＤ素子１１５と封止樹脂１１７との界面に応力が発生する。このため、そのような応力が発生したＬＥＤ素子１１５を実装した発光装置を電子機器に組み込んで、ＬＥＤ素子１１５を動作させると、上記界面の応力により半田バンプ１０５の剥れが生じ易くなる。
【０００７】
ＬＥＤ素子１１５として、例えば、ＧａＮ系半導体材料を用いた場合は、熱膨張係数が略５×１０−６／℃、封止樹脂１１７として、例えば、エポキシ樹脂を用いた場合は、熱膨張係数が４０〜８０−６／℃であり、ＬＥＤ素子１１５の材料の熱膨張係数に比べて封止樹脂１１７の材料の熱膨張係数が大きいことが、応力の発生する原因となっている。そして、応力に比べて半田バンプ１０５の接続強度が小さいために、上述したような半田バンプ１０５の剥れる原因となっている。
【０００８】
ＬＥＤ素子１１５は、半田バンプ１０５の剥れが生ずると不点灯及び光度低下が生じる。また、封止樹脂１１７は一般に黄変劣化が生じ易く、特に発光波長が短い光の場合はその傾向が大きくなるので、黄変劣化の影響によりＬＥＤ素子１１５から放射される光の吸収が大になって光度低下が助長される。
【０００９】
従って、本発明の目的は、ＬＥＤ素子と封止樹脂との界面での応力の発生を防止することにより、ＬＥＤ素子の不点灯及び光度低下を回避することのできる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、ＬＥＤ素子が配線パターンを有する絶縁性基板に実装される発光装置に係り、前記ＬＥＤ素子の電極形成面は、前記ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記絶縁性基板に実装されることを特徴とする発光装置を提供する。
【００１１】
前記ＬＥＤ素子は、光取り出し面が前記絶縁性被膜により被覆されることが好ましい。
【００１２】
前記ＬＥＤ素子は、半田バンプ形成面が前記絶縁性基板にフリップチップ実装されることが好ましい。
【００１３】
前記絶縁性基板は、アルミナセラミックスから成ることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上記目的を達成するため、ＬＥＤ素子がリードフレームに実装される発光装置に係り、前記ＬＥＤ素子の電極形成面と反対面は、前記ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記リードフレームに実装されることを特徴とする発光装置を提供する。
【００１５】
前記ＬＥＤ素子は、光取り出し面が前記絶縁性被膜により被覆されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、上記目的を達成するため、ＬＥＤ素子がリードフレームに実装されるとともに、前記ＬＥＤ素子が樹脂ケースで囲まれる発光装置に係り、前記ＬＥＤ素子は、前記ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記リードフレームに実装されることを特徴とする発光装置を提供する。
【００１７】
前記絶縁性基板、前記リードフレーム、あるいは前記樹脂ケースの反射面に、前記絶縁性被膜に高反射率材料を含ませた反射膜が形成されることが好ましい。
【００１８】
前記ＬＥＤ素子は、赤色、緑色、及び青色の発光色で発光する単色のＬＥＤ素子を一体的にパッケージして構成されることが好ましい。
【００１９】
前記ＬＥＤ素子は、絶縁性被膜によって素子全体が包囲されるとともに絶縁性被膜が封止材料によって封止されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の発光装置によると、ＬＥＤ素子の電極形成面は、ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記絶縁性基板に実装されるので、ＬＥＤ素子と封止樹脂との界面での応力の発生を緩和することにより、ＬＥＤ素子の不点灯及び光度低下を回避することができる。
【００２１】
また、本発明の発光装置によると、ＬＥＤ素子の電極形成面と反対面は、前記ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記リードフレームに実装されるので、ＬＥＤ素子と封止樹脂との界面での応力の発生を緩和することにより、ＬＥＤ素子の不点灯及び光度低下を回避することができる。
【００２２】
また、本発明の発光装置によると、ＬＥＤ素子は、前記ＬＥＤ素子の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜を介して前記リードフレームに実装されるので、ＬＥＤ素子と封止樹脂との界面での応力の発生を緩和することにより、ＬＥＤ素子の不点灯及び光度低下を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。この発光装置１は、フリップチップ型のＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２の電極と後述する導電層とを電気的に接続する金属バンプ３と、エポキシ樹脂等の光透過性材料から成る封止樹脂４と、断面形状が逆台形の凹部５になるように形成されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る略立体形状のケース６と、ＬＥＤ素子２の半田バンプ２形成面とＡｕ等の材料からなる金属バンプ３を介して接合されるセラミックス基板６Ａと、ＬＥＤ素子２の熱膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜７とにより構成されている。
【００２４】
ケース６は、凹部５の斜面５ａ及び底面５ｂ、さらに下面６ａにＡｕから成る導電層８が形成され、これらの導電層８は金属バンプ３の配線層および反射膜として機能するように構成されている。また、凹部５の底面５ｂに形成される導電層８は、半田バンプ２同士の短絡を避けるように電気的に絶縁されている。
【００２５】
また、セラミックス基板６Ａは熱伝導性に優れ、実装されたＬＥＤ素子２の動作時に発生する熱を効率良く放散する。
【００２６】
ＬＥＤ素子２は、ＧａＮ系半導体材料を用いたフリップチップタイプであり、サファイア基板上に有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によって、ｎ型層、発光層を含む層、及びｐ型層が形成されて、略５×１０−６／℃の熱膨張係数を有している。
【００２７】
絶縁性被膜７は、Ａｌアルコキシドで形成されており、略４×１０−６／℃の熱膨張係数を有している。従って、この絶縁性被膜７はＬＥＤ素子２と略同一の熱膨張係数を有する。このＡｌアルコキシドから成る絶縁性被膜７は、予め凹部５を形成したケース６を用いて、Ａｌアルコキシドをゾルゲルによる塗布方法により形成する。なお、絶縁性被膜７を形成するアルコキシドはＡｌアルコキシドに限定されず、ＳｉアルコキシドやＳｉアルコキシド等の他の金属アルコキシドであっても良い。
【００２８】
このような発光装置１を使用するときは、セラミックス基板６Ａの下面６ａに設けられる外部接続端子部を図示しないプリント基板に半田等で電気的に固定することにより電子機器に組み込まれる。
【００２９】
（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、ＬＥＤ素子２は、略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜７によりケース６内に実装されるので、ＬＥＤ素子２と封止樹脂４との界面での応力の発生を防止することができる。従って、金属バンプ３の剥れが生じないので、ＬＥＤ素子２の不点灯及び光度低下が引き起こされない。また、封止樹脂４の黄変劣化の影響によりさらに光度低下が引き起こされることもなくなる。また、封止樹脂４の劣化が少なくなるので、長期にわたって安定した白色光特性を維持できる。さらに、セラミックス基板６Ａは熱伝導性に優れているので、ＬＥＤ素子２の動作時の熱放散を効率良く行うことができる。
【００３０】
（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発光装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。この発光装置１は、（ａ）に示すようにＬＥＤ素子２の側面及び上面の光取り出し面もＡｌアルコキシドを用いた絶縁性被膜７により被覆されている。そして、絶縁性被膜７はエポキシ樹脂等の光透過性材料から成る封止樹脂４により封止されている構成について第１の実施の形態と相違している。なお、以下の説明において第１の実施の形態と同一の形状および機能を有する部分については同一の引用数字を付して説明する。
【００３１】
（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態に係る発光装置１によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて、ＬＥＤ素子２の側面および上面が絶縁性被膜７により被覆されるので、熱膨張係数の大きい封止樹脂４の影響で半田バンプ２が剥れることを防ぐことができ、ＬＥＤ素子２の点灯不良、不点灯を回避することができる。
【００３２】
なお、第２の実施の形態においては、素子全体を包囲するように絶縁性被膜７でＬＥＤ素子１を封止しているが、例えば、（ｂ）に示すように凹部５の底部５ｂからＬＥＤ素子１の上面にかけてを覆うように層状に絶縁性被膜７を設け、その上に封止樹脂４を設けても良い。
【００３３】
（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発光装置を示す断面図である。この発光装置１は、上面にパッド電極９が形成されたフェイスアップ型のＬＥＤ素子２と、アルミニウム（Ａｌ）合金等の金属から成る一対のリードフレーム１３Ａ、１３Ｂと、ＬＥＤ素子２をリードフレーム１３Ａの凹部５の底面に接着固定する絶縁性被膜７と、凹部５に収容されたＬＥＤ素子２を封止する封止樹脂４と、ＬＥＤ素子２のパッド電極９とリードフレーム１３Ａ、１３Ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ１５Ａ、１５Ｂと、リードフレーム１３Ａ、１３Ｂを含む全体を一体的に封止する光透過性のエポキシ樹脂から成る封止樹脂１１と、封止樹脂１１の表面に設けられる光学形状面１１Ａとを有する。
【００３４】
ＬＥＤ素子２は、パッド電極９がボンディングワイヤ１５Ａ、１５Ｂにより、それぞれ一対のリードフレーム１３Ａ、１３Ｂに電気的に接続されている。
【００３５】
絶縁性被膜７は、第１および第２の実施の形態の発光装置１と同様にＡｌアルコキシドが用いられている。
【００３６】
（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、ＬＥＤ素子２は、ＬＥＤ素子２と略同じ熱膨張係数を有する絶縁性被膜７を介してリードフレーム１３Ａに実装されるので、ＬＥＤ素子２と封止樹脂４との界面における応力の発生を緩和することができる。
【００３７】
なお、第３の実施の形態においても、第２の実施の形態に係る図２（ｂ）で説明したように、凹部５の底部から電極９を含むＬＥＤ素子２の上面にかけてを覆うように層状に絶縁性被膜７を設け、その上に封止樹脂４を設けても良い。
【００３８】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。この発光装置１は、第３の実施の形態で説明した発光装置１のＬＥＤ素子２を絶縁性被膜７で包囲し、封止樹脂４で凹部５を封止した後に封止樹脂１１で光学形状面１１Ａを有するように一体化した構成を有する。
【００３９】
（第４の実施の形態の効果）
上記した第４の実施の形態の発光装置１によると、ＬＥＤ素子２の側面及び上面が絶縁性被膜７で覆われて包囲されるので、熱膨張係数の大きい封止樹脂４の影響でパッド電極９とボンディングワイヤ１５Ａ、１５Ｂとの剥がれや、ワイヤの断線を防ぐことができ、ＬＥＤ素子２の点灯不良や不点灯を回避することができる。
【００４０】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。この発光装置１は、第１の実施の形態で説明した発光装置１の導電層８Ａ，８Ｂに代えて銅合金からなるリード部８Ｃ，８Ｄに金属バンプ３を介してＬＥＤ素子２を接合した構成を有する。
【００４１】
（第５の実施の形態の効果）
上記した第５の実施の形態に係る発光装置１によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えてＬＥＤ素子２の点灯に伴う発熱をリード部８Ｃ，８Ｄを介してケース６およびセラミックス基板６Ａの外部に導くことにより、放熱性に優れるとともにＬＥＤ素子２のバンプ接合面が絶縁性被膜７により被覆されるので、熱膨張係数の大きい封止樹脂４の影響で金属バンプ３が剥れることを防ぐことができ、ＬＥＤ素子２の点灯不良、不点灯を回避することができる。
【００４２】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明の第６の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。この発光装置１は、第５の実施の形態で説明した発光装置１のＬＥＤ素子２を絶縁性被膜７で包囲して構成されている。
【００４３】
（第６の実施の形態の効果）
上記した第６の実施の形態によると、第５の実施の形態の好ましい効果に加えてＬＥＤ素子２と封止樹脂４との間の剥離を防止できることにより、ＬＥＤ素子２の封止性の低下を防止し、信頼性、耐久性を高めることができる。
【００４４】
（第７の実施の形態）
図７（ａ）および（ｂ）は、本発明の第７の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。この発光装置１は、ＭＷ（マルチホワイト）を実現するものであり、（ａ）に示すように、赤色を発光するＬＥＤ素子２Ｒ、緑色を発光するＬＥＤ素子２Ｇ、及び青色を発光するＬＥＤ素子２Ｂから成る複数種類のＬＥＤ素子を配置して、これら複数種類の各ＬＥＤ素子２Ｒ、２Ｇ、および２Ｂのバンプ形成面とケース６との間に絶縁性被膜７を介在させてケース６に実装するようにしたものである。
【００４５】
ＬＥＤ素子２Ｒは、上下電極型のＬＥＤ素子であり、底面電極が配線パターン８Ｅ、８Ｊに電気的に接合されており、上面電極がボンディングワイヤ１５Ａ、１５Ｂを介して配線パターン８Ｆ、８Ｋのワイヤ接続部１５Ｃに接続されている。
【００４６】
ＬＥＤ素子２Ｂおよび２Ｇは、フリップチップ型のＬＥＤ素子であり、図示しないｐ側電極が配線パターン８Ｅに接続されており、ｎ側電極が配線パターン８Ｇ、８Ｈ、８Ｉにそれぞれ接続されている。
【００４７】
また、配線パターン８Ｅ〜８Ｋと、ケース６の底面に設けられる配線パターン８Ｌ〜８Ｐは、ケース６内部に設けられる図示しないスルーホールを介して所定の回路パターンを形成するように電気的に接続されている。
【００４８】
（第７の実施の形態の効果）
上記した第７の実施の形態によると、ＭＷ構成の発光装置１においても、各ＬＥＤ素子２Ｒ、２Ｇ、および２Ｂは、ケース６との間に介在する絶縁性被膜７によって熱膨張による金属バンプ３の剥がれを防止される。
【００４９】
なお、本発明の他の実施の形態として、ケース６、リードフレーム１３Ａ、１３Ｂの反射面にＴｉＯ２のような高反射材料を反射膜として設けることもできる。このような構成によると、反射膜によりＬＥＤ素子２から発光された光の光取り出し効率を向上できるという効果を得ることができる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれる。例えば各実施形態では絶縁性被膜としてＡｌアルコキシドを用いる例で説明したが、これに限らずにＴｉアルコキシドのような他の材料を用いても、Ａｌアルコキシドを用いた場合と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係る発光装置を示すもので、（a）は平面図、（ｂ）は（ａ）の中央部における縦断面図である。
【図８】従来の表面実装型のＬＥＤを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、発光装置  ２、半田バンプ  ２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ、ＬＥＤ素子
３、金属バンプ  ４、封止樹脂  ５、凹部  ５ｂ、底面  ５ａ、斜面
６、ケース  ６Ａ、セラミックス基板  ６ａ、下面  ７、絶縁性被膜
８、導電層  ８Ａ，８Ｂ、導電層  ８Ｃ，８Ｄリード部
８Ｅ、８Ｆ、８Ｇ、配線パターン  ８Ｅ-８Ｋ、配線パターン
８Ｌ-８Ｐ、配線パターン  ９、パッド電極  １１、封止樹脂
１１Ａ、光学形状面  １３Ａ、１３Ｂ、リードフレーム
１５Ａ、ボンディングワイヤ  １５Ｃ、ワイヤ接続部
１０２、サブマウント  １０３、サブマウント基板
１０５、半田バンプ  １１１、メタルコア基板  １１１a、下面
１１２、凹部  １１２ａ、底面  １１２ｂ、斜面  １１３、反射膜
１１４、接着剤  １１４、電気絶縁性接着剤  １１５、ＬＥＤ素子
１１６、半田  １１７、封止樹脂
【図１】
2006013324.tif 000003
【図２】
2006013324.tif 000004
【図３】
2006013324.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006013324.tif 000007
【図６】
2006013324.tif 000008
【図７】
2006013324.tif 000009
【図８】
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