(57)【要約】【課題】形成工程が煩雑で剥離の問題が生じるメタライズ層を不要とすることができ、その結果、発光素子が発する光を良好に反射させて外部に均一かつ効率良く放射できる発光効率が極めて高いものを簡易な工程で高信頼性でもって低コストに製造できるようにすること。【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を有する白色のセラミックスから成る略直方体の基体１と、基体１の上面に搭載部１ａを囲繞するように接合された白色のセラミックスから成る枠体２とを具備し、枠体２は、内周面と外周面との間の厚みＷが０．８ｍｍ以上であり、かつ波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上である。【選択図】  図１
2004207678.tif 000002
【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白色のセラミックスから成る略直方体の基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲繞するように接合された白色のセラミックスから成る枠体とを具備しており、前記枠体は、内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、かつ波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上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た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２に断面図で示すように、上面の中央部に発光素子１３を搭載するための導体層から成る搭載部１１ａを有し、搭載部１１ａ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１４を有する略直方体や略四角形平板状のセラミック製の基体１１と、その上面に積層され、中央部に発光素子１３を収容するための貫通孔１２ａを有する略四角枠状のセラミック製の枠体１２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１１の上面の一方のメタライズ配線導体１４が接続された搭載部１１ａ上に発光素子１３を導電性接合材を介して固着するとともに発光素子１３の電極と他方のメタライズ配線導体１４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、枠体１２の貫通孔１２ａ内に透明樹脂（図示せず）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。これにより、発光素子１３の発する光をパッケージの外部（図１では上方）に放射することができる。
【０００４】
なお、この発光装置は多数個を互いに隣接するように配列されて使用されることから、上記セラミック製のパッケージにおいては、搭載部１１ａに搭載された発光素子１３が発する光が基体１１および枠体１２を透過して、隣接する発光装置同士の光が混色するのを有効に防止するために、基体１１および枠体１２に黒色のセラミックスから成るものを用いている。また、枠体１２の貫通孔１２ａ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、貫通孔１２ａ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１６を被着させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２００２−２３２０１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の発光素子収納用パッケージにおいては、枠体１２の貫通孔１２ａの内周面に、Ｎｉめっき層や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１６を被着させており、メタライズ層を被着させる工程が煩雑であるという問題点を有していた。
【０００７】
また、メタライズ層が被着された部位に発光素子１３の発する熱やその他の外部からの熱が加わると、メタライズ層と枠体１２の内周面との間に熱膨張係数差に起因する熱応力が発生し、これがメタライズ層を引き剥がすように作用して、メタライズ層が剥れてしまうという問題点があった。
【０００８】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、形成工程が煩雑で剥離の問題が生じるメタライズ層を不要とすることができ、その結果、発光素子が発する光を良好に反射させて外部に均一かつ効率良く放射できる発光効率が極めて高い発光素子収納用パッケージおよび発光装置を簡易な工程で高信頼性でもって低コストに製造できるようにすることにある。
【０００９】
【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白色のセラミックスから成る略直方体の基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲繞するように接合された白色のセラミックスから成る枠体とを具備しており、前記枠体は、内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、かつ波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の発光素子収納用パッケージは、白色のセラミックスから成る枠体は、内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、かつ波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であることから、枠体は発光素子が発する光を吸収することなく、枠体の表面で光を効率良く反射することができるので、発光素子が発する光を発光素子収納用パッケージの外部に効率良く放射することができる。また、枠体の内周面にメタライズ層および金属めっき層を被着しなくてもよいため、メタライズ層の剥離の問題が生じず、信頼性の高いものとなるとともに、簡易な構成のものを簡易な工程で低コストに製造できる。
【００１１】
本発明の発光装置は、上記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たことを特徴とする。
【００１２】
本発明の発光装置は、上記の構成により、簡易な構成で信頼性が高く、発光効率がきわめて高い高性能のものとなる。
【００１３】
【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、１は白色のセラミックスから成る基体、２は白色のセラミックスから成る枠体であり、主としてこれらで発光素子３を収容するためのパッケージが構成されている。
【００１４】
本発明のパッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する白色のセラミックスから成る略直方体の基体１と、基体１の上面に搭載部１ａを囲繞するように接合された白色のセラミックスから成る枠体２とを具備し、枠体２は、内周面と外周面との間の厚みＷ（図１）が０．８ｍｍ以上であり、かつ波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上である。
【００１５】
本発明の枠体２は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，等の焼結体（セラミックス）から成る略四角枠状のものであり、例えば枠体２が酸化アルミニウム焼結体から成る場合、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＺｎＯ２−ＣａＯ系等のセラミックスから成る。
【００１６】
枠体２は、その厚みＷが０．８ｍｍ以上で、波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であるためには、枠体２がＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ系のセラミックスから成る場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量が９０〜９９重量％、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１〜１０重量％であることが好ましい。ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１重量％未満では、Ａｌ２Ｏ３の焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくくなる。１０重量％を超えると、耐熱性、機械的強度が不十分になるとともに熱伝導率が低下してしまう。
【００１７】
また、ＳｉＯ２はセラミックスの焼結性と密着性、ＭｇＯとＣａＯはセラミックスの焼結性と熱伝導性を高めるためにセラミックス中に含有されており、それぞれの効果を発揮するためにも、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯのそれぞれが０．０１重量％以上含有されることが好ましい。また、セラミックスの密度、機械的強度を高めるために上記セラミックス中にＺｒＯ２を含有させても構わない。この場合、ＺｒＯ２の含有量は０．０１〜１０重量％であることが好ましい。０．０１重量％未満では、セラミックスの密度、機械的強度向上の効果が十分に発揮されない。１０重量％を超えると、電気絶縁性が悪くなる。また、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯおよびＺｒＯ２の合計の含有量は、多すぎると耐熱性、強度が劣化するため、１０重量％以下であることが好ましい。
【００１８】
また、枠体２が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体から成る場合、ＡｌＮ−Ｅｒ２Ｏ３系等のセラミックスから成り、枠体２はその厚みＷが０．８ｍｍ以上で波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であるためには、Ｅｒ２Ｏ３の含有量が窒化アルミニウム質焼結体の総重量に対して１〜１０重量％であることが好ましい。Ｅｒ２Ｏ３の含有量が１重量％未満では、ＡｌＮの焼結性が悪くなり、十分な硬度が得られにくくなる。１０重量％を超えると、耐熱性、機械的強度が低下するとともに熱伝導率が低下してしまう。
【００１９】
枠体２の厚みＷは０．８ｍｍ以上に特定されるが、０．８ｍｍ未満の場合、発光素子３の波長が４００〜７００ｎｍの光に対する反射率が８０％未満となり、発光素子３が発する光をパッケージの上面に効率良く反射させて放射することが困難になる。一方、枠体２の厚みＷは１０ｍｍ以下がよく、１０ｍｍを超えると、パッケージが極度に大型化になる。
【００２０】
また、枠体２が、波長４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％未満では、発光素子３が発光する光が外部に対して良好に反射することが困難となるとともに、発光素子３が発光する光が枠体２を透過し、隣接する発光装置同士の光と混色する危険性が高くなる。
【００２１】
本発明の枠体２は、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、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を有しており、この貫通孔２ａ内に搭載部１ａに搭載された発光素子３が収容される。
【００２２】
また、枠体２の貫通孔２ａの内周面と基体１の上面とのなす角度を３５〜７０°として、貫通孔２ａの内周面が外側（図１では上方）に向かって漸次広がるような傾斜面となるようにすることが好ましく、この場合、枠体２の貫通孔２ａの内周面で反射した光をパッケージの外部により効率よく放射させることができる。上記角度が３５°未満では、貫通穴２ａの内周面をそのような角度で安定且つ効率良く形成することが困難となるとともに、パッケージが極度に大型化してしまう。７０°を超えると、貫通穴２ａ内に収容する発光素子３が発光する光を外部に対して良好に反射することが困難となる。
【００２３】
また、貫通孔２ａは、その断面形状が円形状または楕円形状であることが好ましい。この場合、貫通穴２ａ内に収容される発光素子３が発光する光を貫通穴２ａの内周面で全方向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という利点がある。
【００２４】
本発明の基体１は、枠体２と実質的に同じ組成のセラミックスから成り、発光素子３を支持する支持体であり、その上面に発光素子３を搭載するための導体層から成る搭載部１ａを有しており、搭載部１ａ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。
【００２５】
また、基体１は、搭載部１ａから下面にかけて導出された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た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、ＷやＭｏ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納する発光素子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、メタライズ配線導体４ｂの搭載部１ａの周辺の部位には発光素子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ている。
【００２６】
なお、メタライズ配線導体４ａ，４ｂおよび搭載部１ａ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、メタライズ配線導体４ａ，４ｂおよび搭載部１ａが酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、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４ａ，４ｂおよび搭載部１ａ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】
かくして、本発明のパッケージは、白色セラミックスから成る枠体２は、内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、かつ波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であることから、枠体２は発光素子３の光を吸収することなく、枠体２の表面で光を効率良く反射することができるので、発光素子３の光をパッケージの外部に効率良く放射することができる。また、枠体２の内周面にメタライズ層および金属めっき層を被着しなくてもよいため、メタライズ層の剥離の問題が生じず、信頼性の高いものとなるとともに、簡易な構成のものを簡易な工程で低コストに製造できる。
【００２８】
また、本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部１ａに搭載された発光素子３と、発光素子３を覆う透明樹脂とを具備したものである。発光素子３を覆う透明樹脂は、発光素子３の露出表面のみを覆うように設けられていてもよいし、枠体２の内側に発光素子３を覆って充填されていてもよい。さらに、枠体２の上面にガラス，サファイア，石英，透光性樹脂から成る透光性蓋体を接着してもよい。また、本発明の発光装置は、発光ダイオード等の発光素子３を収納した小型のものであることから、個々に蓋をするよりも透明樹脂で発光素子３を覆った方が封止の作業性が良く、また内部のボンディングワイヤ５等の位置固定や各導体層の腐蝕防止等の点で有利なものである。
【００２９】
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３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することとなる。また、複数の発光素子３が搭載されるものであったり、複数の配線層が形成されるものであっても構わない。、
【００３０】
【実施例】
本発明の発光素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００３１】
枠体２の各種の厚みＷに対する波長３５０〜７５０ｎｍの光の反射率を以下のようにして評価した。まずＳｉＯ２を１．５３重量％、Ａｌ２Ｏ３を９６．２５重量％、ＭｇＯを１．９９重量％、ＣａＯを０．２０重量％、ＺｒＯ２を０．０３重量％含むＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＺｒＯ２−ＣａＯ系の白色のセラミックスから成る、直径が５０ｍｍで６種類の厚さ（下記表１参照）のセラミックグリーンシートを準備し、これらを１６００℃の高温にて焼成を行なって評価用のセラミック基板（試料Ｎｏ．１〜６）を作製した。
【００３２】
そして、これらの６種類のセラミック基板のそれぞれに、ピーク波長が３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの９種類の光（下記表１参照）を照射し、光の反射率を分光測色計（ミノルタ社製「ＣＭ−３７００ｄ」）にて測定した。その結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2004207678.tif 000003
【００３４】
表１より、厚みが０．８ｍｍ以上の試料Ｎｏ．４〜６では、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて反射率が８０％以上であった（表中に○で示す）。
【００３５】
厚みが０．８ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１，２では、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて反射率は全て８０％未満となった（表中に×で示す）。
【００３６】
試料Ｎｏ．３では、光のピーク波長が４５０〜６５０ｎｍにおいてのみ反射率が８０％以上であり、鮮明なフルカラー表示が可能なピーク波長４００〜７００ｎｍの光を効果的に反射することができなかった（表中に×で示す）。
【００３７】
以上より、枠体２の厚みＷを０．８ｍｍ以上とすることが必要であることが判った。これにより、光のピーク波長が４００〜７００ｎｍにおいて光の反射率を８０％以上とすることが可能となり、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。
【００３８】
また、厚さＷが１０ｍｍの枠状のセラミック基板を上記実施例と同様にして作製したところ、ピーク波長４００〜７００ｎｍにおける反射率は８０％以上であったが、極度に大型化となってしまい、発光素子収納用パッケージとしては不適当なもとなった。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されず、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。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、白色のセラミックスから成る枠体は、内周面と外周面との間の厚みが０．８ｍｍ以上であり、かつ波長が４００乃至７００ｎｍの光の反射率が８０％以上であることから、枠体は発光素子が発する光を吸収することなく、枠体の表面で光を効率良く反射することができるので、発光素子が発する光を発光素子収納用パッケージの外部に効率良く放射することができる。また、枠体の内周面にメタライズ層および金属めっき層を被着しなくてもよいため、メタライズ層の剥離の問題が生じず、信頼性の高いものとなるとともに、簡易な構成のものを簡易な工程で低コストに製造できる。
【００４１】
本発明の発光装置は、上記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、簡易な構成で信頼性が高く、発光効率がきわめて高い高性能のものとなる。
【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】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【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断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
３：発光素子
【図１】
2004207678.tif 000004
【図２】
2004207678.tif 000005
【図３】
2004207678.tif 000006