(57)【要約】【課題】ＬＥＤ素子からの発光光束を外部に反射するための良質な光反射面を有し、製造が容易であり、輝度や視野角のバラツキが小さい発光ダイオードパッケージを提供する。【解決手段】  セラミック基板上にＬＥＤ素子の実装領域を形成し、このセラミック基板上にＬＥＤ素子を取り囲む経路に沿ってメタライズ層を形成し、このメタライズ層に金属製のリングをロウ付けする。メタライズ層はリングの内側にも存在するように余裕を持たせて作られており、リング内側に存在するメタライズ層とリングにまたがるようにＡｇ系ロウ材からなるフィレット部を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板上にＬＥＤ素子の実装領域が形成され、前記セラミック基板上には前記ＬＥＤ素子を取り囲む経路に沿って金属製のリングが配置され、該リングの内周面に沿ってＡｇ系ロウ材からなるフィレット部が形成され、前記フィレット部に、前記ＬＥＤ素子からの発光光束を所定の方向に反射する光反射面が形成されたことを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（Light emission diode：以下、ＬＥＤ素子とも記す）が注目されている。特に高輝度の青色発光ダイオードが製造可能となってから、赤、緑、青のＬＥＤ素子を用いて高輝度の白色光が得られるようになり、これらのＬＥＤ素子を車のヘッドライトや、電球として使用するための開発が進められている。ＬＥＤ素子は電力の消費量が少ないので、車のヘッドライトとして使用した場合、バッテリーの負荷が減る。また、長寿命であるので、室内に使用する蛍光灯や電球もＬＥＤ素子に置換わりつつある。これらＬＥＤ素子は、使用者の要求を満たす輝度や発光スペクトルを得るための開発が進められている。
【０００３】
上述した輝度や発光スペクトルなどの特性は主に、ＬＥＤ素子を構成する化合物半導体により決定される。しかし輝度や視野角などの特性は、ＬＥＤ素子を実装するパッケージからも大きな影響を受ける。そのため、使用者の望む輝度や視野角を得るための手段として発光ダイオードパッケージが注目されている。このような発光ダイオードパッケージとしては、従来からセラミック基板に実装するものが用いられている。その一例を図７（ａ）に示す。この発光ダイオードパッケージは第一のセラミック基板１０１および第二のセラミック基板１０２を積層してなり、第一のセラミック基板１０１上にはＬＥＤ素子１０３を実装するＬＥＤ実装部１０４が形成されている。ＬＥＤ素子１０３はワイヤ１０５によって配線層１０６ａ，１０６ｂに接続されており、これら配線層を通して外部から駆動電流を供給する構成とされている。一方、ＬＥＤ素子１０３を収容するキャビティ１０７は第二セラミック基板１０２を貫通するように形成されるとともに、貫通穴の内周面には金属層１０８が形成されて、ＬＥＤ素子１０３からの発光光束を反射する形態とされる。
【０００４】
上記発光ダイオードパッケージの製造には、グリーンシート積層法を採用することができる。まず、第一セラミック基板１０１となるセラミックグリーンシートに、ＬＥＤ実装部１０４、配線層１０６となるメタライズペーストを印刷塗布するとともに、第二セラミック基板１０２を打ち抜いてキャビティ１０７を形成し、貫通穴の内周面に金属層１０８となるメタライズペーストを塗布する。その後、各セラミック基板１０１，１０２を接着し、高温で焼結して焼結体を得る。このようにしてセラミック基板１０１，１０２を一体化し、金属層１０８、ＬＥＤ実装部１０４、配線層１０６を形成した後、金属層１０８にニッケルメッキ層や金メッキ層などを、周知の無電解メッキ法や電解メッキ法で被着させて、光反射面を形成する。
【０００５】
ところが上記キャビティ１０７は、第二セラミック基板１０２を打ち抜いて形成するために角度θが直角になり、ＬＥＤ素子１０３からの発光光束が外部に放出されにくい問題があった。その結果、望ましい視野角と輝度が必ずしも得られない。そこで下記特許文献１などのように、角度θが５５°〜７０°となるように穿孔し、且つ金属層の中心線平均粗さＲａを１〜３μｍ、光反射率を８０％以上とすることで、反射効率が高い発光ダイオードパッケージが提案されている。その実施形態を図７（ｂ）に示す。この発光ダイオードパッケージは、第二セラミック基板１０２となるセラミックグリーンシートに、抜き打ち金型などを用いて抜き打ち、角度θを５５°〜７０°となるようにし、貫通穴の内周面に金属層１０８を形成する。外側へ広がるように光反射面が形成されるので、光を外部へ放出しやすい。
【特許文献１】特開２００２−２３２０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところがセラミックグリーンシートに、角度θが常に一定の角度となるように穿孔するのは難しく、量産すると角度θにバラツキが生じてしまう問題があった。また、メタライズペーストをセラミックグリーンシートに塗布して、セラミックとの同時焼成によって金属層を形成すると、表面に屈曲が生じ易く、良質の光反射面を形成するのが難しい。そのため、輝度や視野角のバラツキが大きくなるという問題があった。
【０００７】
一方、図７（ａ）及び図７（ｂ）の発光ダイオードパッケージを製造するには、上述したように、２枚のセラミックグリーンシートを積層する工程が必要である。積層工程には、セラミックグリーンシートに接着剤をつけて重ね、加熱しながら加圧する方法が用いられる。このような積層工程を省略して製造コストを下げ、より容易に製造できる発光ダイオードパッケージの開発が、本出願人によって長期間なされてきた。
【０００８】
本発明は上述のような事情を背景になされたもので、特に、ＬＥＤ素子からの発光光束を外部に反射するための良質な光反射面を有し、製造が容易であり、輝度や視野角のバラツキが小さい発光ダイオードパッケージを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の発光ダイオードパッケージは、セラミック基板上にＬＥＤ素子の実装領域が形成され、セラミック基板上にはＬＥＤ素子を取り囲む経路に沿って金属製のリングが配置され、該リングの内周面に沿ってＡｇ系ロウ材からなるフィレット部が形成され、フィレット部に、ＬＥＤ素子からの発光光束を所定の方向に反射する光反射面が形成されたことを主要な特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するために本発明の発光ダイオードパッケージは、セラミック基板上に、上記経路に沿って上記メタライズ層が形成され、メタライズ層と、リングの内周面とにまたがるようにフィレット部が形成されていることを主要な特徴とする。
【００１１】
さらに、上記リングは上記メタライズ層にロウ付けされ、リングの内側に形成されたメタライズ層とリングの内周面とにまたがるように、フィレット部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、上記発光ダイオードパッケージは、ＬＥＤ素子の封止部材をさらに備え、該封止部材を収容する封止部材収容部がリングに形成されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに上記封止部材は、ＬＥＤ素子からの発光光束を所定の方向へ屈折させるレンズを兼ねることを特徴とする。
【００１４】
本発明の発光ダイオードパッケージはセラミック基板上にＬＥＤ素子の実装領域が形成されており、このＬＥＤ素子を取り囲む経路に沿ってセラミック基板上にメタライズ層が形成され、このメタライズ層に金属製のリングがロウ付けされる。メタライズ層の幅はリングの幅よりも太く作られており、ロウ付けされたリングの内側にメタライズ層が残るようにされている。そして、リングの内側に存在するメタライズ層とリングの内周面とにまたがるようにＡｇ系ロウ材からなるフィレット部が形成される。このフィレット部の表面は滑らかなので、ＬＥＤ素子からの発光光束を所定の方向へ反射するための光反射面として利用できる。
【００１５】
上述のフィレット部は、Ａｇ系ロウ材の粒子をメタライズ層に流し込み、例えば８００℃程度の高温処理を施すことで、粒子が溶融して、メタライズ層とリング内周面にまたがるように形成することができる。高温によってロウ材がリフローするので滑らかな光反射面が得られ、従来のメタライズ層を用いた光反射面と比較して、発光ダイオードパッケージに適している。後述するように、光反射面の角度調整も容易である。なお、ここでＡg系ロウ材とは、銀を主成分とし、これに銅、亜鉛、カドミウムなどの金属を加えた合金を指す。
【００１６】
フィレット部の構造においては、光反射面のなす角度が重要なパラメータである。従来の技術では図５７ｂ）に示すように、セラミックグリーンシートに角度をつけて打ち抜いていたので、角度θのバラツキが大きかった。それに対して本発明では、リングやメタライズ層の製造バラツキが比較的小さいので、フィレット部も精度良く形成でき、その結果、角度θを一定にすることができる。
【００１７】
一方、発光ダイオードパッケージはＬＥＤ素子を封止するための封止部材を有し、この封止部材を収容するための封止部材収容部が上述のリングに形成されている。封止部材を有するので、パッケージ内部に水などが浸入したりして、ＬＥＤ素子やフィレット部が破損するのを防ぐことができる。また、封止部材の表面に集光面を形成して、レンズの機能を兼ねるようにしてもよい。
【００１８】
上記セラミック基板は、四角形板状であることが望ましい。その理由は、このように簡単な構造であればセラミック基板を製造するときに何層もセラミックグリーンシートを積層する必要が無いからである。また、四角形板状であれば、大判を用いて一度に多数のセラミック基板を作れるので、製造コストを下げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。
図１（ａ）は発光ダイオードパッケージの断面図であり、図１（ｂ）は同じく斜視図である。図に示すように、セラミック基板２の表面にＬＥＤ素子１の実装領域４が形成され、ＬＥＤ素子１を取り囲む経路に沿って金属製のリング６が配置され、このリング６の内周面１４にフィレット部５が形成されている。また、フィレット部５には光反射面１５が形成されて、ＬＥＤ素子からの発光光束を外部へ反射する。
【００２０】
さらに詳細に説明すると、ＬＥＤ素子１を取り囲む経路に沿ってメタライズ層１１が形成され、このメタライズ層１１にリング６がロウ付けされている。メタライズ１１の幅はリング６よりも太く、リングの内側にメタライズ層が存在するようになっている。そして、リング内側のメタライズ層とリング内周面１４とにまたがるようにＡｇ系ロウ材からなるフィレット部が形成されている。一方、ＬＥＤ素子１はワイヤ３を介して内部電極１２ａ，１２ｂと接続されており、これら内部電極は導通路９を通って外部電極１０ａ，１０ｂと繋がっている。そして外部電極１０ａ，１０ｂからＬＥＤ素子１の駆動電流を供給する形態とされている。これら内部電極１２ａ，１２ｂやメタライズ層１１などは例えばモリブデン、タングステン、銀、銅などの金属を用いて形成することが可能である。
【００２１】
リング６は封止部材７の収容部８を備えている。封止部材７は収容部８に接着剤などで固定される。このような封止部材７は透明性樹脂製またはガラス製とすることができるが、透明性樹脂製であることが望ましい。その理由は、透明性樹脂は加工が容易であり、比較的小さな封止部材でも簡単に製造できるからである。透明な樹脂として例えば、メタクリル樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂などが好適に使用可能である。封止部材７は水などの浸入を防いでＬＥＤ素子１やフィレット部５を保護する機能を有する。封止部材７に曲面を形成してレンズの機能を持たせて、光の角度を調節するための補助的な手段として用いてもよい。なお、図示していないが、リング６の内側を透明性樹脂で覆う形態としてもよい。すなわち、メタクリル樹脂のような透明性の樹脂を熱して流動性のある状態にした後、リング６の内側に注入してＬＥＤ素子１、フィレット部５、内部電極１２ａ，１２ｂをワイヤ３とともに封止するのである。このようにすればリング６に封止部材７の収容部８を形成する必要が無いので、リングの形状をより簡単にすることができる。また、気密性が向上するので、フィレット部５の表面劣化を防止できる。
【００２２】
図１の実施形態のように円筒形のリング６を用いていると、円形のフィレット部５を形成できるので、ＬＥＤ素子１からの光をフィレット部５で均一に反射させて、ムラのない反射光を放出させることができる。したがって、リング６は略円筒形のものを使用するのが望ましい。
【００２３】
セラミック基板２には例えばアルミナ、ＡｌＮ、ＳｉＣなどのセラミックが好適に使用できる。図１の実施形態に示すように、本発明の発光ダイオードパッケージでは四角形板状のセラミック基板を使用している。このように簡単な形状のセラミック基板は、複数のセラミックグリーンシートを積層した複板とすることも、積層しない単板とすることも可能であるが、単板とすることが望ましい。その理由は、発光ダイオードパッケージを製造するときに、セラミックグリーンシートの積層工程を省略できれば、製造工程を簡略化でき、ひいてはコストダウンできるためである。なお、図示しないが、外部電極１０ａ，１０ｂ側に別のセラミック基板を積層して、外部電極をセラミック基板の側面から引き出すような形態とすることも可能である。このような形態とする場合は積層工程を要する。
【００２４】
図２はフィレット部の拡大図である。図に示すように、光反射面のなす角度θは、リング底面から封止部材７までの高さＡと、リング６の内側に存在するメタライズ層の幅Ｂによって決定される。本発明では角度θを３０°〜６０°とすることで、光を外部に反射する効率を最も高くすることができる。角度θはリングの高さＡとメタライズ層の幅Ｂを調整すれば、容易に変更できる。すなわち、角度θを変更する必要が生じた場合に便利である。一方、角度θの精度はＡおよびＢの製造バラツキにより決定される。本発明においてはリングを金属製としているため、その加工精度は良い。幅Ｂはリングをロウ付けするときの位置合わせ精度によって決まる。この位置合わせを精度よく行えば角度θの精度を高められ、その結果、一定の角度でＬＥＤ素子からの光を反射することが可能となる。また、光反射面１５にメッキを施して、光反射率をさらに高めることもできる。このメッキは、例えば銀メッキのように白色で、ＬＥＤ素子からの光を着色しない金属が好ましい。
【００２５】
発光ダイオードパッケージは図３のように、複数の発光ダイオードを搭載することも可能である。図では、赤、青、緑の波長に対応するＬＥＤ素子を搭載しており、この３種の組み合わせによって高輝度の白色光を得ている。それぞれのＬＥＤ素子１は共通端子１６と内部電極１２とに接続されており、内部電極１２を３個形成して、各ＬＥＤ素子に別々に電圧が印加できるようにされている。ＬＥＤ素子を直列に接続することも、並列に接続することもできる。また、複数の内部電極を形成せず、＋と−の電極をそれぞれ一つずつにして、限られたスペースを有効に活用する方法もある。
【００２６】
本発明の発光ダイオードパッケージの製造方法について、図４及び図５を用いて以下に説明する。まず、図４に示すように板状のセラミックグリーンシート２’を用意する（工程１）。このようなセラミックグリーンシート２’は、セラミック微粉末と有機結合材、可塑剤、溶剤などの混合スリップを、周知のドクタープレード法やカレンダー法で薄板状にすることで得られる。セラミックには、例えばアルミナ、ＡｌＮ、ＳｉＣなどが好適に用いられる。
【００２７】
その後、セラミックグリーンシート２’に貫通孔９’を形成する（工程２）。貫通孔９’は打ち抜き金型等を用いて、セラミックグリーンシート２’を打ち抜いて形成される。そしてグリーンシート表面の所定の位置及び貫通孔９’にメタライズペーストを印刷塗布する（工程３）。表面への印刷には、公知のスクリーン印刷法が用いられ、貫通孔９’へ塗布するには印刷面の反対側から吸引しながら印刷する方法が採用される。メタライズペーストには、例えばモリブデン、タングステン、銀、銅などの金属粉末が材料に用いられる。以上のようにメタライズペーストを印刷した後、セラミックグリーンシート２’をメタライズペーストとともに高温焼成する。その結果、セラミック基板２が得られるとともに、その表面にＬＥＤ素子の実装領域４、メタライズ層１１、内部電極１２ａ，１２ｂ、外部電極１０ａ，１０ｂ、導通路９を形成できる。
【００２８】
次にメタライズ層１１にリング６を、ロウ材１３を用いてロウ付けする（工程４）。リング６の材料には例えばコバールを好適に用いることができる。ロウ材１３は十分な接着強度を保てれば何を使ってもよく、例えばＡｇ系ロウ材を用いることができる。リング６をロウ付けした後、メタライズ層１１にＡｇ系ロウ材の粒子５’を載置する（工程５）。その後、例えば８００℃程度の高温処理を施すと粒子５’が溶融してフィレット部５が形成される（工程６）。できあがったフィレット部には光反射面１５が形成されている。このままでも光の反射効率に優れているが、Ａｇメッキ（図示しない）を施すとさらに反射効率を高めることができる。工程６の後、ＬＥＤ素子１を実装し、内部電極とワイヤボンディングする。そして封止部材７を収容部８に収容すれば、図１に示す発光ダイオードパッケージとなる。
【００２９】
本発明では金属製のリング６を用いているので、Ａｇ系ロウ材とのなじみが良く、フィレット部５を簡単に形成できる。ここで仮に図６（ａ）に示すように、３枚のセラミック基板２ａ，２ｂ，２ｃを積層して同様の効果を得ようとすると、セラミック基板２ｂ及び２ｃに貫通穴を形成する工程と、貫通穴の内周面にメタライズ層１１ａを印刷塗布する工程と、これらのセラミック基板を積層する工程の３種類の工程が余計に必要となる。また、セラミックの加工精度はあまり良好ではないので、貫通穴のバラツキが大きくなり、その結果、フィレット部の形状もバラツキの大きいものとなる。それに対して本発明では板状セラミック基板に金属製リングをロウ付けし、フィレット部を形成するという比較的簡単な製造方法でありながら、リングの加工精度が良いため、フィレット部の精度を良くすることができ、その結果、輝度や視野角のバラツキを小さくすることができる。一方、図６（ｂ）に示すように、リングの内周面に角度をつけて、この内周面を光反射面とすることもできるが、このような複雑な形状のリングを製造するのは難しい。小さい発光ダイオードパッケージの場合は特に、このような形状のリングを製造するのは難しくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】発光ダイオードパッケージの一実施形態を示す（ａ）断面図および（ｂ）斜視図。
【図２】フィレット部の拡大断面図。
【図３】複数のＬＥＤ素子を搭載した発光ダイオードパッケージの斜視図。
【図４】発光ダイオードパッケージの製造方法の一例。
【図５】図４に続く図。
【図６】仮に、（ａ）金属リングの代わりにセラミック基板を積層した場合（ｂ）リングに傾斜面をつけた場合の断面図。
【図７】従来の発光ダイオードパッケージの断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１  ＬＥＤ素子
２  セラミック基板
３  ワイヤ
４  ＬＥＤ素子の実装領域
５  フィレット部
６  金属製リング
７  封止部材（レンズ）
８  封止部材収容部
９  導通路
１４  リング内周面
１５  光反射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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