(57)【要約】【課題】枠体の貫通孔の内周面およびその周辺の機械的強度を大きくするとともに、発光素子の発する光の発光効率を極めて高くし、その光を効率良く拡散して放射することが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、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する平板状の基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通孔２ａを有する枠体２を積層しているものであって、貫通孔２ａは、枠体２の上面側の開口が下面側の開口よりも大きく、かつ内周面の断面形状が発光素子３側にふくらんだ弧形状である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する平板状の基体の上面に、前記発光素子を収容するための貫通孔を有する枠体を積層している発光素子収納用パッケージであって、前記貫通孔は、前記枠体の上面側の開口が下面側の開口よりも大きく、かつ内周面の断面形状が前記発光素子側に膨らんだ弧形状であ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】
請求項１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、該発光素子を覆う透明樹脂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、発光ダイオード等の発光素子を用いた液晶表示装置等のバックライト等に用いられる、発光素子を収納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、発光ダイオード等の発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）として、セラミック製のパッケージが用いられている。従来のセラミック製のパッケージは、図３に断面図で示すように、上面の中央部に発光素子２３を搭載するための導体層から成る搭載部２１ａを有し、搭載部２１ａおよびその周辺から下面に導出された一対のメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂを有する略平板状のセラミック製の基体２１と、その上面に積層され、中央部に発光素子２３を収容するための貫通孔２２ａを有する略四角枠状のセラミック製の枠体２２とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
そして、基体２１の上面の一方のメタライズ配線導体２４ａが接続された搭載部２１ａ上に発光素子２３を導電性接合材を介して固着するとともに、発光素子２３の電極と他方のメタライズ配線導体２４ｂとをボンディングワイヤ２５を介して電気的に接続し、しかる後、枠体２２の貫通孔２２ａ内に透明樹脂（図示せず）を充填して発光素子２３を封止することによって発光装置となる。この発光装置を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することによって、発光装置が外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する発光装置の電極が外部電気回路に電気的に接続され発光素子２３へ電力が供給されることとなる。
【０００４】
このようなセラミック製のパッケージにおいては、内部に収容する発光素子２３が発光する光を枠体２２の貫通孔２２ａの内周面で反射させるが、発光装置の発光効率を良好なものとするために貫通孔２２ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成るめっき金属層２６ｂを表面に有するメタライズ金属層２６ａを被着させている。
【０００５】
また、このパッケージはセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作される。具体的には、セラミックスから成る基体２１用のグリーンシートと、セラミックスから成る枠体２２用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートにメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂを導出させるための貫通孔や発光素子２３を収容するための貫通孔をグリーンシートの上下面に略垂直に打ち抜く。次に、基体２１用のグリーンシートの上面から下面にかけてメタライズ配線導体２４ａ，２４ｂ用のタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属粉末から成る金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等により塗布し、枠体２２用のグリーンシートの貫通孔の内周面にメタライズ金属層２６ａ用のＷやＭｏなどの高融点金属粉末から成る金属ペーストをスクリーン印刷法等により塗布する。次に、基体２１用のグリーンシートと枠体２２用のグリーンシートとを上下に重ねて接合し、これらを高温で焼成して焼結体と成す。その後、搭載部２１ａ，メタライズ配線導体２４ａ，２４ｂおよびメタライズ金属層２６ａの露出表面に、ＮｉやＡｕ等の金属から成るめっき金属層２６ｂを無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより、パッケージが製作される。
【０００６】
しかしながら、この従来のパッケージでは、貫通孔２２ａの内周面が基体２１の上面に対して略垂直になっており、そのため、貫通孔２２ａの内周面で反射した光が外部に均一かつ良好に放射されず、このパッケージを用いた発光装置の発光効率がそれ程高くならないという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、このような問題点を解消するために、本出願人は、図２に示すように、上面に発光素子１３を搭載するための搭載部１１ａを有する略平板状の基体１１の上面に、発光素子１３を収容するための貫通孔１２ａを有する枠体１２を接合して成るパッケージであって、貫通孔１２ａの内周面は、基体１１上面に対して５５〜７０度の角度で外側に広がっているとともにその表面に算術平均粗さＲａが１〜３μｍでかつ発光素子１３の光に対する反射率が８０％以上のめっき金属層１６ｂが被着されていることにより、貫通孔１２ａ内に収容する発光素子１３が発する光を傾斜した貫通孔１２ａの内周面のめっき金属層１６ｂにより良好に反射させて外部に向かって均一かつ効率良く放射することができるパッケージを提案した（下記の特許文献１参照）。
【０００８】
このパッケージは以下のようにして作製される。枠体１２用のグリーンシートに発光素子１３収納用の貫通孔１２ａをその内周面が５５〜７０度の傾斜面となるように打ち抜く。次に、貫通孔１２ａの内周面に金属ペーストを塗布し、枠体１２用のグリーンシートと基体１１用のグリーンシートとを枠体１２用のグリーンシートの貫通孔１２ａの内周面が外側に広がる向きに接合し、これらを焼成して基体１１上に貫通孔１２ａを有する枠体１２が積層一体化されるとともに貫通孔１２ａの内周面にメタライズ金属層１６ａが被着された焼結体を得る。次に、メタライズ金属層１６ａ表面に算術平均粗さＲａが１〜３μｍでかつ発光素子１３が発する光に対する反射率が８０％以上のめっき金属層１６ｂを被着させる。
【０００９】
メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂは、例えばＷやＭｏなどの高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって基体１１の所定位置に被着形成される。そして、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの露出表面にＮｉやＡｕ等の耐蝕性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みで被着させておくと、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止でき、またメタライズ配線導体１４ａと発光素子１３、メタライズ配線導体１４ｂとボンディングワイヤ１５との接合、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、メタライズ配線導体１４ａ，１４ｂの露出表面には、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕめっき層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１４−２３２０１７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１のパッケージにおいては、貫通孔１２ａの内周面の基体１１に対する角度が一定の角度で形成されており、枠体１２の上面と貫通孔１２ａの内周面との間に角部が形成されており、その角部にパッケージの搬送や発光素子１３の実装のなどの際に外力が加わると、その角部から貫通孔１２ａの枠体１２上面側の開口周辺に、欠けや割れが発生するという問題点があった。
【００１２】
また、液晶表示装置等のバックライトのように光を拡散させて広領域の外部に均一かつ効率良く放射させる場合に、光が一定方向に収束してしまい、光を均一かつ効率よく拡散できないという問題点を有していた。
【００１３】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、貫通孔の枠体上面側の開口周辺に欠けや割れが発生することがなく、貫通孔に収容された発光素子が発光する光を効率よく反射させて広領域の外部に均一かつ効率良く拡散して放射でき、その結果、パッケージの機械的強度を大きくするとともに、発光素子が発する光の発光効率を極めて高くし、その光を効率良く拡散して放出することが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にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する平板状の基体の上面に、前記発光素子を収容するための貫通孔を有する枠体を積層している発光素子収納用パッケージであって、前記貫通孔は、前記枠体の上面側の開口が下面側の開口よりも大きく、かつ内周面の断面形状が前記発光素子側にふくらんだ弧形状であ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、貫通孔は、枠体の上面側の開口が下面側の開口よりも大きく、かつ内周面の断面形状が発光素子側にふくらんだ弧形状であることから、貫通孔の内周面およびその周辺の機械的強度が大きくなり、また枠体上面と貫通孔の内周面との間の部分も連続した曲面となるため、貫通孔の枠体上面側の開口周辺に欠けや割れ等が発生することがない。また、発光素子の光を曲面とされた内周面で効率良く反射させて、広領域の外部に均一かつ効率良く拡散して放射させることができる。
【００１６】
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、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることを特徴とする。
【００１７】
本発明の発光装置は、上記の構成により、枠体の貫通孔の内周面やその周囲に欠けや割れ等が発生しない信頼性の高いものとなり、また、発光素子の光を広領域の外部に均一かつ効率良く拡散して放射させ得るものとなり、液晶表示装置等のバックライト等に好適なものとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は、本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は枠体であり、主にこれらで発光素子３を収容するためのパッケージが構成されている。
【００１９】
本発明の基体１は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体などのセラミックスから成る略平板状のものであり、発光素子３を支持する支持体で、その上面に発光素子３を搭載するＷメタライズ層等の導体層から成る搭載部１ａを有している。基体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施してこれを複数枚積層し、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２０】
また基体１は、その搭載部１ａから下面にかけて導出されるメタライズ配線導体４ａ、および搭載部１ａの周辺から下面にかけて導出されるメタライズ配線導体４ｂが被着形成されている。メタライズ配線導体４ａ，４ｂはタングステンやモリブデン等の金属粉末のメタライズ層から成り、パッケージ内部に収容する発光素子３を外部に電気的に接続するための導電路である。そして、搭載部１ａには発光ダイオード（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子３が金−シリコン合金や銀−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、メタライズ配線導体４ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続される。また、発光素子３は、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ｂにフリップチップ実装されていても構わない。メタライズ配線導体４ａ，４ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子３の各電極と電気的に接続され、発光素子３へ電力が供給される。
【００２１】
メタライズ配線導体４ａ，４ｂは、例えばＷやＭｏ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の所定位置に被着形成される。
【００２２】
なお、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出する表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部１ａと発光素子３との固着およびメタライズ配線導体４ｂとボンディングワイヤ５との接続を強固なものとすることができる。したがって、搭載部１ａおよびメタライズ配線導体４ａ，４ｂの露出表面には、厚み１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚み０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されているのがよい。
【００２３】
枠体２は、基体１と実質的に同じ組成のセラミックスから成り、基体１の上面に積層されて焼結一体化されて接合されている。枠体２は、グリーンシートに予め、その中央部に発光素子３を収容するための断面形状が略円形や略四角形の貫通孔２ａを打ち抜き加工で形成するとともに、これを複数枚積層し、基体１となるグリーンシートの上に積層して焼結一体化して基体１の上面に接合される。そして、枠体２は、その中央部に発光素子３を収容するための貫通孔２ａを有することとなり、貫通孔２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。
【００２４】
本発明において、枠体２の貫通孔２ａは、枠体２上面側の開口が枠体２下面側の開口よりも大きく、かつ内周面の断面形状が発光素子３側にふくらんだ弧形状である。枠体２の内周面の全体的な傾斜角度、即ち内周面の上端と下端とを直線で結んだ場合のその直線と基体１上面とのなす角度θは３５〜７０°であることが好ましい。７０°を超えると、貫通孔２ａ内に収容する発光素子３の光を外部に対して良好に反射することが困難となる傾向にあり、３５°未満では、貫通孔２ａをそのような角度で打ち抜き法で安定的かつ効率良く形成することが困難となるとともに、パッケージが大型化される傾向にある。
【００２５】
そして、上記の構成により、貫通孔２ａの内周面およびその周辺の機械的強度が大きくなり、また枠体２上面と貫通孔２ａの内周面との間の部分も連続した曲面となるため、貫通孔２ａの枠体２上面側の開口周辺に欠けや割れ等が発生することがない。また、発光素子３の光を曲面とされた内周面で効率良く反射させて、広領域の外部に均一かつ効率良く拡散して放射させることができる。
【００２６】
貫通孔２ａの開口の形状は、略円形状、略四角形状、略楕円形状、略多角形状等の種々の形状とし得るが、貫通孔２ａの形成の容易さや形状の安定化等の点から枠体２上面側の開口と枠体２下面側の開口が略同形状であるのが好ましい。また、開口の形状として特に略円形状がよく、この場合、貫通孔２ａに収容された発光素子３が発する光を略円形状の貫通孔２ａの内周面で効率良く反射させて外部に効率よく拡散して放射させることができる。
【００２７】
また、貫通孔２ａの内周面の略全面には、メタライズ金属層６ａおよびその上のめっき金属層６ｂが形成されているのが好ましく、例えば、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ金属層６ａ上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇなどのめっき金属層６ｂが被着されている。そして、めっき金属層６ｂは発光素子３が発光する光に対する反射率を８０％以上とすることが好ましいが、めっき金属層６ｂがＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等から成ることによって、発光素子３が発光する光に対する反射率を８０％以上とすることができる。反射率が８０％未満であると、枠体２の貫通孔２ａに収容された発光素子３が発光する光を良好に反射することが困難となる。
【００２８】
また、貫通孔２ａの内周面の略全面に形成されためっき金属層６ｂの表面の算術平均粗さＲａは１〜１０μｍが好ましい。１μｍ未満であると、貫通孔２ａ内に収容される発光素子３が発する光を均一に反射させることができずに、反射する光の強さに偏りが発生しやすくなる。１０μｍを超えると、貫通孔２ａ内に収容される発光素子３が発する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に拡散して放射させることが困難になる。
【００２９】
なお、貫通孔２ａは、枠体２用のグリーンシートに貫通孔２ａを打ち抜き金型を用いて打ち抜くことによって形成される。このとき、枠体２用のグリーンシートに形成される貫通孔２ａの開口がグリーンシートの上面側と下面側とで大きさが異なるように形成される。そして、貫通孔２ａの内周面の略全面にメタライズ金属層６ａ用の金属ペーストを塗布し、その後、基体１用のグリーンシート上に枠体２用のグリーンシートを、貫通孔２ａが一方の主面（下面）から他方の主面（上面）に向けて広がるように順に積層される。このようにして形成された成形体は、枠体１の貫通孔２ａの内周面がメタライズ金属層６ａとなる金属ペーストの浸透により軟質な状態にあり、積層時の圧力によって、内周面は貫通孔２ａの枠体２の内側に凸の曲面となる。
【００３０】
貫通孔２ａの内周面の上端は枠体２の上面に滑らかに連続していることが好ましい。この場合、貫通孔２ａの内周面の上端が角部とならず、貫通孔２ａの内周面の上端付近に欠けや割れ等が発生するのをより効果的に防ぐことができる。
【００３１】
貫通孔２ａの内周面の形状は、円弧状、楕円弧状等の曲面であるが、全体が曲面でなくてもよい。例えば、貫通孔２ａの内周面で発光素子３の発光部よりも低い位置の部位は、発光部よりも低い方へ出射された光を外部に効果的に反射させるために、角度θが小さな平面的な傾斜面とされていることがよい。このように、貫通孔２ａの内周面で発光素子３の発光部よりも低い部位を角度θが小さな平面的な傾斜面とし、発光素子３の発光部よりも高い部位を曲面としてもよい。
【００３２】
かくして、本発明のパッケージは、基体１の搭載部１ａに発光素子３を搭載するとともに発光素子３の電極がメタライズ配線導体４ｂにボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、しかる後、発光素子３を覆うように透明樹脂を設けて発光素子３を封止することによって発光装置となる。
【００３３】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、図４のパッケージの断面図に示すように、搭載部１ａを導体層として形成せずに、発光素子３を基体１の上面に直接搭載し、その周囲に発光素子３の電極と電気的に接続されるメタライズ配線導体４ａ，４ｂを形成してもよい。この場合、発光素子３が搭載部１ａに搭載されるとともに、発光素子３の電極とメタライズ配線導体４ａ，４ｂとをボンディングワイヤ５ａ，５ｂ等を介して、電気的に接続されることとなる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、枠体の貫通孔は、枠体の上面側の開口が下面側の開口よりも大きく、かつ内周面の断面形状が発光素子側にふくらんだ弧形状であることから、貫通孔の内周面およびその周辺の機械的強度が大きくなり、また枠体上面と貫通孔の内周面との間の部分も連続した曲面となるため、貫通孔の枠体上面側の開口周辺に欠けや割れ等が発生することがない。また、発光素子の光を曲面とされた内周面で効率良く反射させて、広領域の外部に均一かつ効率良く拡散して放射させることができる。
【００３５】
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、発光素子を覆う透明樹脂とを具備したことにより、枠体の貫通孔の内周面やその周囲に欠けや割れ等が発生しない信頼性の高いものとなり、また、発光素子の光を広領域の外部に均一かつ効率良く拡散して放射させ得るものとなり、液晶表示装置等のバックライト等に好適なものとなる。
【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】従来の発光素子収納用パッケージの一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他の例を示す断面図である。
【図４】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。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
２ａ：貫通孔
３：発光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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