(57)【要約】【課題】発光素子の光を良好に反射して、均一かつ効率良く外部に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、絶縁基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部４が設けられているとともに、凹部４の底面に発光素子３が搭載される導体層２および発光素子３の電極が接続される配線層５が形成されているものであって、凹部４の底面は、配線層５が形成された部位よりも導体層２が形成された部位が高くなるように段差４ａが形成されているとともに、導体層２が形成された部位が配線層５の表面よりも高くなっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられているとともに、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される導体層および前記発光素子の電極が接続される配線層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記凹部の底面は、前記配線層が形成された部位よりも前記導体層が形成された部位が高くなるように段差が形成されているとともに、前記導体層が形成された部位が前記配線層の表面よりも高いことを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
【請求項２】
前記配線層は前記導体層の周囲を取り囲むように形成され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、前記導体層に搭載されるとともに前記配線層に電極が電気的に接続された発光素子と、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納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）として、セラミック製のパッケージが用いられており、その一例を図８に示す（例えば、下記の特許文献１参照）。同図に示すように、従来のパッケージは、複数のセラミック層が積層されて成るとともに上面に凹部１４が形成されている直方体状の絶縁基体の凹部１４の底面に発光素子１３を搭載するため導体層１２が設けられた基体１１と、基体１１の導体層１２およびその周辺から基体１１の下面に形成された一対の配線層１５とから主に構成されている。
【０００３】
そして、一方の配線層１５の一端が電気的に接続された導体層１２上に発光素子１３を導電性接着剤、半田等を介して載置固定するとともに、発光素子１３の電極と他方の配線層１５とをボンディングワイヤ１６を介して電気的に接続し、しかる後、基体１１の凹部１４内に図示しない透明樹脂を充填して発光素子１３を封止することによって、発光装置が作製される。
【０００４】
また、凹部１４の内周面で発光素子１３の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、凹部１４の内周面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層１７を被着させていることもある。
【０００５】
また、上記のパッケージはセラミックグリーンシート積層法により以下のようにして製作される。まず、基体１１の導体層１２（導体層１２から下側）を形成するための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）と、基体１１の凹部１４を形成するため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配線導体１５を導出させるための貫通孔や凹部１４となる貫通穴を打ち抜き法で形成する。
【０００６】
次に、導体層１２を形成するためのグリーンシートの積層体Ａの貫通孔および所定の部位に、メタライズ層から成る配線層１５形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布し、また凹部１４の内周面にメタライズ層から成る金属層１７を被着する場合、凹部１４を形成するためのグリーンシートの積層体Ｂの貫通穴内面に金属層１７形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布する。
【０００７】
次に、積層体Ａ，Ｂを重ねて積層して基体１１を形成するための積層体とし、これを所定寸法に切断して成形体となし、高温（１６００℃程度）で焼結して焼結体となす。その後、配線層１５および金属層１７の露出表面にニッケル，金，パラジウム，白金等の金属から成るめっき金属層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って、パッケージが製作される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２３２０１７号公報
【０００９】
【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においては、凹部１４の底面上において導体層１２および配線層１５とが形成されていない領域、すなわち絶縁基体１１が露出している領域より、発光素子１３が発光する光が外部に漏れてしまうため、パッケージ上面方向に効率良く光を放射しにくくなるという問題点を有していた。
【００１０】
また、導体層１２とボンディングワイヤ１６が接続される他方の配線層１５との短絡を防止するために、金属層１７を凹部１４の内周面の一部にのみ被着したり、金属層１７と凹部１４の底面との間に絶縁層を形成するなどして、金属層１７の下端部と凹部１４の底面とを離間させるという構成が用いられているが、その離間した部位は絶縁基体１１が露出していることとなり、その部位より発光素子１３の光が漏れ、パッケージ上面の方向に効率良く光を放射しにくくなるという問題点を有していた。
【００１１】
また、凹部１４の底面に導体層１２を形成し、金属層１７と導体層１２とを連続して形成した一体化したものとし、絶縁基体１１の上面に発光素子１３にボンディングワイヤ１６で電気的に接続される他方の配線層１５を形成すると、ボンディングワイヤ１６が絶縁基体１１上面よりも高くなるため、発光装置が大型化するという問題点を有していた。
【００１２】
従って、本発明は上記従来の技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、絶縁基体の凹部内に収容された発光素子が発光する光を効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる小型の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。
【００１３】
【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、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられているとともに、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される導体層および前記発光素子の電極が接続される配線層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記凹部の底面は、前記配線層が形成された部位よりも前記導体層が形成された部位が高くなるように段差が形成されているとともに、前記導体層が形成された部位が前記配線層の表面よりも高いことを特徴とする。
【００１４】
本発明の発光素子収納用パッケージは、凹部の底面は、配線層が形成された部位よりも導体層が形成された部位が高くなるように段差が形成されているとともに、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、発光素子が発光する光が直接照射される凹部内に露出する絶縁基体の領域を小さくすることができるので、発光素子の光を凹部内で効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる。また、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる。
【００１５】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは、前記配線層は、前記導体層の周囲を取り囲むように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは配線層は導体層の周囲を取り囲むように形成されていることから、発光素子が発光する光が直接照射される凹部内に露出する絶縁基体の領域をより小さくすることができるので、発光素子の光を凹部内でさらに効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる。また、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる。
【００１７】
また、凹部の内周面に発光素子が発光する光を反射する金属層を形成した際に、金属層と配線層とが電気的に接続されるようにすると、凹部内において導体層に搭載された発光素子が発光する光が直接照射される露出する絶縁基体の領域を更に小さくすることができる。
【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、前記導体層に搭載されるとともに前記配線層に電極が電気的に接続された発光素子と、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。
【００１９】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子の光を良好に反射して外部に均一かつ効率良く外部に放射することができるとともに導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる、小型で発光効率の高い高性能かつ高信頼性のものとなる。
【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を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、図２は図１のパッケージの平面図である。これらの図において、１は絶縁基体、２は発光素子３の導体層、３は発光素子、４は発光素子３を収容するための凹部である。
【００２１】
本発明のパッケージは、絶縁基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部４が設けられているとともに、凹部４の底面に発光素子３が搭載される導体層２および発光素子３の電極が接続される配線層５が形成されているものであって、凹部４の底面は、配線層５が形成された部位よりも導体層２が形成された部位が高くなるように段差４ａが形成されているとともに、導体層２が形成された部位が配線層５の表面よりも高くなっている。
【００２２】
本発明における絶縁基体１は、セラミックスや樹脂から成り、セラミックスからなる場合、例えば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，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成る絶縁層を複数層積層してなる直方体状の箱状であり、上面の中央部に発光素子３を収容するための凹部４が形成されている。絶縁基体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、グリーンシートに凹部４用の貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、発光素子３を搭載するためのグリーンシート（導体層２より下側のグリーンシート）と凹部４用のグリーンシートとを複数枚積層し、高温（約１６００℃）で焼成し一体化することで形成される。
【００２３】
また、凹部４の底面には発光素子３を搭載するための導体層２およびその周辺に発光素子３の電極と接続される配線層５が形成されており、導体層２および配線層５はタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【００２４】
また、絶縁基体１は、導体層２および配線層５が、絶縁基体１の下面または側面に形成された配線導体８ａ，８ｂにかけて接続されるようにして、被着形成されている。配線導体８ａ，８ｂは、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、凹部４に収容された発光素子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、導体層２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（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）合金やＡｇ−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、配線層５には発光素子３の電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。そして、絶縁基体１の配線導体８ａ，８ｂ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へ電力や駆動信号が供給される。
【００２５】
導体層２および配線層５、配線導体８ａ，８ｂは、例えばＷやＭｏ等の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絶縁基体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、絶縁基体１の所定位置に被着形成される。
【００２６】
なお、導体層２、配線層５および配線導体８ａ，８ｂの露出する表面に、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ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のがよく、導体層２、配線層５および配線導体８ａ，８ｂが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、導体層２と発光素子３との固着および配線層５とボンディングワイヤ６との接続、配線導体８ａ，８ｂと外部電気回路基板の配線導体との接続を強固にすることができる。従って、導体層２、配線層５および配線導体８ａ，８ｂ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めっき層またはＡｇ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ことがより好ましい。
【００２７】
また、凹部４の内周面には、メタライズ層および発光素子３の光に対する反射率が８０％以上であるめっき金属層を被着した金属層７が形成されていることが好ましい。この金属層７は、例えば、ＷやＭｏ等から成るメタライズ層上にＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属めっき層を被着させて成り、これにより発光素子３の光に対する反射率を８０％以上とすることができる。発光素子３の光に対する反射率が８０％未満であると、凹部４に収容された発光素子３の光を良好に反射することが困難となる。
【００２８】
また、凹部４の内周面は、傾斜面となっているとともに凹部４の底面から絶縁基体１の上面に向けて３５〜７０°の角度θで外側に広がっていることが好ましい。角度θが７０°を超えると、凹部４内に収容された発光素子３の光を外部に良好に反射することが困難となる傾向にある。角度θが３５°未満であると、凹部４の内周面をそのような角度で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とともに、パッケージが大型化する。
【００２９】
また、凹部４の内周面の金属層７の表面の算術平均粗さはＲａは３μｍ以下が好ましい。３μｍを超えると、凹部４内に収容された発光素子３の光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【００３０】
また、凹部４の横断面形状は、円形状、長円形状、楕円形状、四角形状、多角形状等で良いが、円形状が好ましい。この場合、凹部４に収容された発効素子３が発光する光を、凹部４の内周面の金属層７表面のめっき金属層でパッケージの上方に満遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができる。
【００３１】
そして、本発明において、凹部４の底面は、配線層５が形成された部位よりも導体層２が形成された部位が高くなるように段差４ａが形成されているとともに、導体層２が形成された部位が配線層５の表面よりも高くなっている。これにより、凹部４内において露出する絶縁基体１の領域を小さくすることができるので、発光素子３の光を効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができるとともに、導体層２と配線層５との短絡を確実に防止することができる。
【００３２】
段差４ａの高さは、配線層５の表面から上方に５〜２００μｍ程度がよい。５μｍ未満では、導体層２が形成された部位が厚み５〜３０μｍ程度の配線層５の表面に近接して、導体層２および配線層５をスクリーン印刷法等で形成する際の厚さの誤差や、段差４ａ部への導体層２および配線層５の延出、段差４ａおよびその近傍の変形等の影響により、導体層２と配線層５とが短絡する危険性が高くなる。２００μｍを超えると、段差４ａの部位は絶縁基体１が露出した領域であるため、この領域から発光素子３が発光する光が漏れる量が大きくなってしまう。この段差４ａは、導体層２用のグリーンシートに打ち抜き加工等で貫通穴等を形成し、導体層２用のグリーンシートと配線層５用のグリーンシートとを積層するといった方法等で形成できる。
【００３３】
また、導体層２は段差４ａよりも上側の凹部４の底面の全面に形成されるとともに導体層２と金属層７とが接続されているのがよく、この場合、金属層７は導体層２に連続して接続されるが配線層５には接続されないようにして、凹部４の内周面の全面に形成される。これにより、絶縁基体１が凹部４内において露出する領域を小さくすることができる。絶縁基体１の露出する領域は、段差４ａが凹部４の底面の外周よりも内側に形成されている場合は、段差４ａの部位のみとなり、段差４ａの一部が凹部４の底面の外周端にまで形成されている場合は、段差４ａの部位および配線層５表面から金属層７の下端までの間の部位になるので、絶縁基体１の凹部４内において露出する領域は非常に小さくなり、凹部４の内面で発光素子３の光を良好に反射し、均一かつ良好に外部に放射することができる。
【００３４】
また、配線層５は、段差４ａよりも下側の凹部４の底面の全面に形成されていても良いが、段差４ａよりも下側の凹部４の底面において、導体層２の段差４ａ側の上端と発光素子３の発光部とを結ぶ直線の延長線よりも段差４ａ側の部位で絶縁基体１が露出するように配線層５が形成されていてもよい。図３はこのような構成について示すものであり、発光素子３の発光部が発光素子３の上面側にある場合におけるパッケージの要部拡大断面図である。同図において、仮想線Ａ−Ａ’は、導体層２の段差４ａ側の上端と発光素子３の発光部とを結ぶ直線である。この場合、凹部４の底面で絶縁基体１が露出した領域には発光素子３の光が直接照射されないので、光の漏れが小さくなる。またこの場合、配線層５を凹部４の底面で段差４ａの周囲の全面に形成する際に、絶縁基体１を成す絶縁層の積層ずれ等により、配線層５が導体層２の下方の絶縁基体１の内部に入り込んで形成されると、段差４ａの高さが非常に低い場合に、配線層５の厚みの影響により、配線層５が入り込んで形成されている部位の上方の導体層２に隆起や変形等が発生して、発光素子３の光の反射に影響を与えてしまうので、それを有効に防止できる。
【００３５】
また、配線層５を段差４ａよりも下側の凹部４の底面から段差４ａよりも上側の凹部４の底面の下方の絶縁基体１の内部に入り込ませて形成していても良く、この場合、配線層５の入り込ませた部位を発光素子３の光の遮断層とすることができる。したがって、発光素子３の発光部よりも下側の金属層７等で反射した光が、絶縁基体１が露出している段差４ａの部位から絶縁基体１の内部に透過して、外部に漏れるのを配線層５で有効に防ぐことができる。
【００３６】
また、段差４ａの上端と配線層５の表面との間の間隔と、配線層５の表面と金属層７の下端との間の間隔とは同程度であることが好ましい。これにより、配線層５が導体層２および金属層７に接触して短絡するのを防ぐことができる。
【００３７】
さらに、図４のパッケージの断面図に示すように、配線導体８ａ，８ｂを、絶縁基体１の側面または角部に形成された切欠き部の内面に被着された側面導体を経て絶縁基体１の下面に形成しても良い。
【００３８】
また、凹部４の底面に露出する配線層５の平面視形状は、円形状、四角形状、長円形状、多角形状等の種々の形状で良い。図５のパッケージの平面図は、凹部４の底面に露出する配線層５の平面視形状が円形状である例を示し、図６のパッケージの平面図は、凹部４の底面に露出する配線層５の平面視形状が四角形状である例を示す。
【００３９】
また、凹部４に複数の発光素子３を収容するために、凹部４の底面に複数の導体層２を形成する場合や複数の配線層５を凹部４に形成する場合にも、図１，図５，図６と同様の構成とすることができる。図７は、凹部４内に発光素子３を搭載する導体層２が一つ設けられ、配線層５が三つ（配線層５ａ，５ｂ，５ｃ）形成される場合のパッケージの一例を示す平面図である。
【００４０】
また、本発明の好ましい実施の形態の他の例を、図９のパッケージの断面図、図９のパッケージの平面図である図１０に示す。これらの図において、配線層５は導体層２の周囲を取り囲むように形成されている。これにより、凹部４内において発光素子３の光が直接照射される絶縁基体１が露出する領域を小さくすることができ、発光素子３の光の漏れを防いで効率良く外部に放射することができる。
【００４１】
また、この場合は、導体層２を金属層７に接続せずに、配線層５を金属層７に電気的に接続することで、凹部４内において発光素子３の光が直接照射される絶縁基体１が露出する領域をより小さくすることができ、発光素子３の光の漏れを防いでより効率良く放射することができる。
【００４２】
本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、導体層２に搭載されるとともに配線層５に電極が電気的に接続された発光素子３と、発光素子３を覆うシリコーン樹脂等の透明樹脂とを具備している。これにより、発光素子３の光を良好に反射し、外部に均一かつ効率良く放射することができる、小型で発光効率の高い高性能の発光装置となる。発光素子３を覆う透明樹脂は、発光素子３およびその周囲のみを覆っていてもよいし、凹部４内に充填されて発光素子３を覆っていてもよい。
【００４３】
なお、本発明は上述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施すことは何等差し支えない。例えば、発光素子３の光を外部に良好に反射するために、凹部４の内周面にめっき層より成る金属層７を形成しているが、金属層７を蒸着法により被着形成したものや、金属板等の高い反射率を有する反射板を凹部４の内周面に接着する等して設けて、発光素子３の光を良好に反射するものとしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、凹部の底面は、配線層が形成された部位よりも導体層が形成された部位が高くなるように段差が形成されているとともに、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、発光素子が発光する光が直接照射される凹部内に露出する絶縁基体の領域を小さくすることができるので、発光素子の光を凹部内で効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる。また、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる。
【００４５】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは配線層は導体層の周囲を取り囲むように形成されていることから、発光素子が発光する光が直接照射される凹部内に露出する絶縁基体の領域をより小さくすることができるので、発光素子の光を凹部内で効率良く反射させて、均一かつ良好に外部に放射することができる。また、導体層が形成された部位が配線層の表面よりも高いことから、導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる。
【００４６】
また、凹部の内周面に発光素子が発光する光を反射する金属層を形成した際に、金属層と配線層とが電気的に接続されるようにすると、凹部内において発光素子が発光する光が直接照射される露出する絶縁基体の領域をされに小さくすることができる。
【００４７】
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、導体層に搭載されるとともに配線層に電極が電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることにより、発光素子の光を良好に反射して外部に均一かつ効率良く外部に放射することができるとともに導体層と配線層との短絡を確実に防止することができる、小型で発光効率の高い高性能かつ高信頼性のものとなる。
【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】図１の発光素子収納用パッケージの平面図である。
【図３】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要部拡大断面図である。
【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。
【図５】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平面図である。
【図６】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平面図である。
【図７】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平面図である。
【図８】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図９】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１０】図９の発光素子収納用パッケージの平面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：導体層
３：発光素子
４：凹部
４ａ：段差
５：配線層
８ａ，８ｂ：配線導体
【図１】
2004335495.tif 000003
【図２】
2004335495.tif 000004
【図３】
2004335495.tif 000005
【図４】
2004335495.tif 000006
【図５】
2004335495.tif 000007
【図６】
2004335495.tif 000008
【図７】
2004335495.tif 000009
【図８】
2004335495.tif 000010
【図９】
2004335495.tif 000011
【図１０】
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