(57)【要約】【課題】発光装置の発光効率を極めて高いものとすることができ、また発光素子の光出力を上げるために入力する駆動電流を上げた場合でも、発光素子の温度が上がるのを抑えて発光素子の寿命を維持できるとともに、熱による光出力の低下を有効に抑制できるものとすること。【解決手段】発光素子収納用パッケージは、上面の中央部に発光素子４が搭載される搭載部２ａを有する金属からなる基体２と、基体２の側面に搭載部２ａを取り囲むようにして、内周面が全周にわたってガラス材料または樹脂接着剤で接着された金属から成る枠体３とを具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の中央部に発光素子が載置される載置部を有する金属からなる基体と、該基体の側面に前記搭載部を取り囲むようにして、内周面が全周にわたってガラス材料または樹脂接着剤で接着された金属から成る枠体とを具備していることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
【請求項２】
前記基体の前記側面および前記枠体の前記内周面が、上方に向かって外側に広がるように傾斜していることを特徴とする請求項１記載の発光素子収納用パッケージ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、前記枠体の内側または前記枠体の上方の前記発光素子の光軸上に設置された透光性部材とを具備していることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子を用いた発光装置は、今後さらなる低消費電力化や長寿命化がすすむものとして注目されており、近年種々の分野で使用され始めている。従来の発光素子を搭載する発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）の断面図を図３に示す。
【０００３】
図３に示すように、従来のパッケージ２１は、各種樹脂やセラミックス等から成る基体２２を有する。基体２２には、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等を含む導体ペーストを高温で焼結し、その上面にメッキ法によりニッケル（Ｎｉ）メッキ層や金（Ａｕ）メッキ層を被着して成る配線導体２７が形成されている。この配線導体２７を介して、外部からパッケージ内部に搭載された発光素子２４に電力や駆動電流が供給できるように接続されている。
【０００４】
また基体２２は、パッケージ２１内部側の一方の主面に、各種樹脂やセラミックスから成る、上下面を貫通する貫通孔を有する平面視形状が正方形状の枠体２３が設けられており、基体２２に７００〜９００℃の融点を有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）等のロウ材、各種樹脂接着剤、低融点ガラス（ガラスフリット）等により固定される。
【０００５】
発光素子２４は基体２２にＡｇペーストや樹脂接着剤から成る接着剤でダイボンドされており、発光素子２４の電極は基体２２に設けられた配線導体２７とＡｕ製のボンディングワイヤによりワイヤボンディングされる。
【０００６】
また、発光素子２４を保護するために枠体２３の内側に透明部材が設けられる。透明部材は、枠体２３の内側に発光素子２４を覆うように熱硬化性のエポキシ樹脂などを充填し加熱硬化させることにより設けることができる。また透明部材は、発光素子２４や基体２２、枠体２３と強固に密着して発光素子２４をパッケージ２１内に強固に固定する働きも有する。さらに、枠体２３の上面にガラス，サファイア等から成る透光性で板状の蓋体が樹脂接着剤等で接着される。これにより、発光素子２４を有する発光装置となる。
【０００７】
この発光装置は、外部電気回路から供給される駆動電流によって発光素子２４が起動され、可視光を発光するものとして使用される。その用途は、各種インジケーター，光センサー，ディスプレイ，ホトカプラ，バックライト，光プリンタヘッド等である。
【０００８】
近年、この発光装置を照明用として使用するようになってきており、高輝度および放熱性の点でより高特性の発光装置が要求されている。また、照明用に使用される場合、発光装置の長寿命化が特に重要な問題である。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３４４０２９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージ２１では、枠体２３が各種樹脂やセラミックスから成るため、発光素子２４が発光する光に対する枠体２３での反射率が２０％以下となり、発光素子２４の光を効率よく反射するのが困難なものとなっている。
【００１１】
そこで、発光素子２４の光出力を上げるために発光素子２４に入力する駆動電流を増大させると、発光素子２４の温度（チップジャンクション温度；所定の駆動電流を入力した際に達する発光素子２４の最高温度で、なるべく低い方がよい）が上昇し、発光素子２４の寿命を低下させる原因となる。
【００１２】
また、発光素子２４の光（可視光）がパッケージ２１を構成する基体２２と枠体２３の接着部から漏れ出し、パッケージ２１の上方より出力される光の効率が低下するといった問題点があった。また、十分な広がりおよび均一な強度を有する出射光を得るには、上記従来のパッケージ２１を用いた発光装置では十分ではなく、より高特性および高信頼性のものが求められている。
【００１３】
従って、本発明は上記従来の問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子が発光する光を枠体の内面で良好に反射させて外部に均一に効率よく放射し、発光装置の発光効率を極めて高いものとすることである。また、発光素子の光出力を上げるために入力する駆動電流を上げた場合でも、発光素子の温度が上がるのを抑えて発光素子の寿命を維持できるとともに、熱による光出力の低下を有効に抑制できるパッケージおよび発光装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子パッケージは、上面の中央部に発光素子が搭載される搭載部を有する金属からなる基体と、該基体の側面に前記搭載部を取り囲むようにして、内周面が全周にわたってガラス材料または樹脂接着剤で接着された金属から成る枠体とを具備していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の発光素子収納用パッケージは、発光素子を搭載する基体と発光素子を囲う枠体が金属から成ることから、発光素子が発光する光を発光素子収納用パッケージの外部に８０％以上の反射率で反射させることができる。また、発光素子を搭載する基体が金属から成ることから、例えば１００ｍＡ程度の駆動電流を入力した場合でも発光素子の温度は１００℃以下となり、従来の樹脂やセラミックスから成る発光素子収納用パッケージの約１／２の温度であり、その分大きな駆動電流を入力することができ、高出力の光を放射することができる。
【００１６】
本発明の発光素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記基体の前記側面および前記枠体の前記内周面が、上方に向かって外側に広がるように傾斜していることを特徴とする。
【００１７】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは基体の側面および枠体の内周面が上方に向かって外側に広がるように傾斜していることから、基体と枠体とをガラス材料で接合した場合、その接合部分で発光素子の光が発光素子収納用パッケージの外へ漏れることが無く、効率良く上方へ光を反射させることができる。また、基体と枠体とを樹脂接着剤で接合した場合、発光素子の光が樹脂接着剤に直接照射されないことから、樹脂接着剤の分子間結合が光によって破壊されにくくなり、２万時間以上の寿命が得られ高い信頼性を確保できる。その結果、高い信頼性を有するとともに高効率に光を放射でき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ができる。
【００１８】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、前記枠体の内側または前記枠体の上方の前記発光素子の光軸上に設置された透光性部材とを具備していることを特徴とする。
【００１９】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光効率が高く高い信頼性を有するものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
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は、本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、２は基体、３は枠体であり、主としてこれらで発光素子４を収容するためのパッケージ１が構成されている。
【００２１】
本発明のパッケージは、上面の中央部に発光素子４が搭載される搭載部２ａを有する金属からなる基体２と、基体２の側面に搭載部２ａを取り囲むようにして、内周面が全周にわたってガラス材料または樹脂接着剤で接着された金属から成る枠体３とを具備している。
【００２２】
本発明における基体２は、銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ）等の金属やステンレススチール，真鍮（Ｃｕ−Ｚｎ合金），Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金などの合金からなる円柱状、多角柱状または円板状、多角板状等の平板状のものであり、発光素子４を支持する支持台であり、その上面に発光素子４を搭載するための搭載部２ａを有している。また、基体２は、金属から成ることから基体２自体がパッケージ１内部に収容される発光素子４を外部に電気的に接続するための導電路として機能する。
【００２３】
そして、搭載部２ａには発光素子４がＡｇ−エポキシ樹脂（Ａｇ含有エポキシ樹脂）等の接合材により固着されるとともに、発光素子４の電極がボンディングワイヤ５を介して金属から成る枠体３に電気的に接続される。
【００２４】
本発明においては、金属から成る基体２および枠体３は、例えば基体２が負極側、枠体３が正極側として機能するか、または基体２が正極側、枠体３が負極側として機能することとなる。
【００２５】
また、金属から成る枠体３は、例えば基体２と実質的に同じ金属から成り、基体２に２５０℃以上の融点で溶融するガラス材料（低融点ガラス：ガラスフリット）で接合されるか、熱硬化性のエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂接着剤で接合される。このように、基体２と枠体３とは、それらが正極または負極として機能するため、絶縁性の接合材で接合される必要がある。
【００２６】
この枠体３は、図１に示すように、例えば上端が開かれ下端が閉じた有底筒状の形状であり下端面の中央部に基体２を嵌着するための円形状や四角形状の貫通穴３ａを有している。
【００２７】
また、枠体３の内面（貫通穴３ａの内周面ではない）は、算術平均粗さＲａが０．００４〜４μｍであることがよい。Ｒａが０．００４μｍ未満であると、そのような面を安定かつ効率よく形成することが困難となり、歩留まりの低下や製造コストが増加することとなる。Ｒａが４μｍを超えると、貫通穴３ａに収容された発光素子４が発光する光を効率良く均一に反射することが難しくなり、反射する光の強さに偏りが発生しやすくなる。
【００２８】
また、枠体３の内面に、パッケージ１の酸化腐食を防止するために、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とを電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着するのがよい。これにより、枠体３の内面が発光素子４の光を効果的に反射する反射面として機能する。
【００２９】
また、枠体３の内面（内側面）は、基体２の上面（枠体２の底面）に対して３５〜６０度の角度で上方に向かって外側に広がるように形成されているのがよい。これにより、発光素子４が発光する光を枠体３の内面で良好に反射させて、パッケージ１の外部へ効率よく出射させることができ、発光装置の発光効率を極めて高いものとすることができる。上記角度が３５度未満の場合、出射光の放射角度が２０度以上となって光が分散し、高出力、高輝度の光が得られ難い。６０度を超える場合、パッケージ１外部に反射される光束が平行光よりも収束して遠方にいくにつれて逆に拡散してしまったり、パッケージ１の外部に放射されずにパッケージ１内で再度反射される光の成分が多くなる。
【００３０】
さらに、金属から成る基体２の熱伝導率は１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、１２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満では、１００ｍＡ以上の駆動電流を入力した場合に発光素子４の表面温度が１００℃以上になり、発光素子４の寿命を劣化させるばかりでなく、発光素子４の光出力を上げるのが困難になる。
【００３１】
本発明において、図２に示すように、基体１２の側面および枠体１３の内周面が、上方に向かって外側に広がるように傾斜していることが好ましい。これにより、基体１２と枠体１３とをガラス材料で接合した場合、その接合部分において発光素子１４から出る光がパッケージ１１の外へ漏れることが無くなり、発光素子１４から放射される光を効率よくパッケージ１１の外部に出射することできる。また、基体１２と枠体１３とを樹脂接着剤で接合した場合、発光素子１４の光が樹脂接着剤に直接照射されないことから、樹脂接着剤の分子間結合が光によって破壊されにくくなり、２万時間以上の寿命が得られ高い信頼性を確保できる。その結果、高い信頼性を有するとともに高効率に光を放射できるパッケージおよび発光装置とすることができる。
【００３２】
基体１２の側面および枠体１３の内周面の傾斜角度は、基体１２の上面に対して８５度以下であることが好ましい。８５度を超えると、ガラス接合の場合であれば発光素子１４の光がパッケージ１１の外部に２０％程度漏れる。また、樹脂接着剤による接合の場合、分子間結合の破壊が発生し易くなり、１万時間以下で発光装置としての機能が停止する。
【００３３】
かくして、本発明のパッケージ１によれば、基体２の搭載部２ａ上に発光素子４を搭載するとともに発光素子４の電極と基体２とをボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、発光素子４の他の電極は枠体３にボンディングワイヤ５を介して接続し、しかる後、発光素子４が収容された枠体３の内側に、発光素子４を覆うようにシリコーン樹脂，エポキシ樹脂等から成る透明樹脂を充填し、枠体３の上面にガラス，サファイア等から成る透光性部材６を樹脂接着剤等で接合して、パッケージ１を気密に封止することによって発光装置となる。
【００３４】
発光素子４を覆う透明樹脂は、発光素子４およびその周囲を覆っていてもよく、枠体３の内側に充填されて発光素子４を覆っていてもよい。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障ない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、発光素子を搭載する基体と発光素子を囲う枠体が金属から成ることから、発光素子が発光する光を発光素子収納用パッケージの外部に８０％以上の反射率で反射させることができる。また、発光素子を搭載する基体が金属から成ることから、例えば１００ｍＡ程度の駆動電流を入力した場合でも発光素子の温度は１００℃以下となり、従来の樹脂やセラミックスから成る発光素子収納用パッケージの約１／２の温度であり、その分大きな駆動電流を入力することができ、高出力の光を放射することができる。
【００３７】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは基体の側面および枠体の内周面が上方に向かって外側に広がるように傾斜していることから、基体と枠体とをガラス材料で接合した場合、その接合部分で発光素子の光が発光素子収納用パッケージの外へ漏れることが無く、効率良く上方へ光を反射させることができる。また、基体と枠体とを樹脂接着剤で接合した場合、発光素子の光が樹脂接着剤に直接照射されないことから、樹脂接着剤の分子間結合が光によって破壊されにくくなり、２万時間以上の寿命が得られ高い信頼性を確保できる。その結果、高い信頼性を有するとともに高効率に光を放射でき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ができる。
【００３８】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部に搭載された発光素子と、枠体の内側または枠体の上方の発光素子の光軸上に設置された透光性部材とを具備していることにより、発光効率が高く高い信頼性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：発光素子収納用パッケージ
２：基体
２ａ：搭載部
３：枠体
３ａ：貫通穴
４：発光素子
【図１】
2004235203.tif 000003
【図２】
2004235203.tif 000004
【図３】
2004235203.tif 000005