WO2002089219A1 - Appareil electroluminescent - Google Patents

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Ryoma Suenaga
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Nichia Corporation
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    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
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    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device used for various light sources such as a backlight light source, a display, and illumination, and an optical sensor, and particularly to a light emitting device having excellent reliability.
  • Such light-emitting devices are used for light sources for optical print heads, liquid crystal backlight sources, light sources for various meters, and various reading sensors, for example, by taking advantage of their features such as low power consumption, small size, and light weight. ing.
  • An example of such a light emitting device is a light emitting device as shown in FIG.
  • the LED chip 1 is die-bonded as a light emitting element on the lead electrode 2 exposed from the bottom surface of the recess, and the LED chip is provided.
  • Each of the electrodes is electrically connected to a lead electrode 2 provided on the package by a gold wire 4 or the like.
  • the LED chips arranged in the recesses in this way are sealed with the translucent mold resin 9 or the like. As a result, the LED chips and wires arranged inside the package can be protected from the external environment such as moisture and external force, and a light emitting device having extremely high reliability can be obtained.
  • the temperature may change to ⁇ 20 or less +80 or more depending on the outside temperature.
  • vibration at the same time as external air pressure and thermal shock.
  • the LED chip is peeled off from the die pond resin due to expansion or contraction of the mold resin or the like, and the intensity and directional characteristics of the emitted light change.
  • the wire may break, causing no light emission at all.
  • the light emitting element generates heat by power consumption.
  • the light-emitting device having the above configuration The heat generated from the light emitting element can be released to the substrate via the lead electrode.
  • the heat dissipation effect is not sufficiently satisfactory. If a large current is applied to the light emitting device described above in order to improve the output of the light emitting device, the heat dissipation effect of the package is not sufficient and the temperature of the light emitting device is not sufficient. Rises, causing the operating speed of the element and the deterioration of the resin around the element.
  • a metal base 10 having a convex shape and a through hole formed in the thickness direction of the metal base 10 are hermetically sealed via an insulator 3 such as glass.
  • a semiconductor device stem having a lead electrode 2 is used.
  • the light emitting element 1 is electrically connected to the upper surface of such a stem. This is hermetically sealed with a can 11 with a window having a flange on the bottom side.
  • the light-emitting device configured as described above has extremely high reliability compared to the case where a resin is used as the constituent material because the package is made of metal and the inside is hollow, preventing wire breakage and moisture resistance. Excellent heat resistance and heat dissipation. For this reason, it is possible to increase the amount of current flowing through the light emitting device to improve the output.
  • An object of the present invention is to provide a thin surface-mounted light emitting device which has high reliability and can emit light with high luminance.
  • the present invention provides a metal package including a light emitting element, a recess for accommodating the light emitting element, and a base having at least one through hole, and a lead electrode inserted into the through hole via an insulating member. And at least a bottom surface of the lead electrode protrudes from a bottom surface of the base portion, and is substantially coplanar with a bottom surface of the concave portion. Thereby, the mountability is good and A highly reliable light-emitting device can be obtained.
  • the upper surface side of the lead electrode protrudes from the main surface of the base portion, because the accuracy of wire bonding is improved.
  • the thickness of the base portion is larger than the bottom thickness of the concave portion.
  • the inner wall of the concave portion has a tapered shape, whereby the light extraction efficiency from the light emitting element is further improved.
  • a light-transmitting sealing member that covers the light-emitting element is provided in the recess, and a part of light from the light-emitting element is absorbed in the sealing member to emit light of a different wavelength. It is characterized by containing a fluorescent substance.
  • the concave portion provided in a part of the metal package used in the present invention has a minimum volume capable of accommodating a light emitting element and has excellent heat dissipation. Even when used, a large current can be dropped.
  • a translucent member By arranging the translucent member around the light-emitting element, a light can be collected and emitted with high luminance, and a highly reliable color conversion light-emitting device can be obtained.
  • a lid made of a translucent window portion and a metal portion is provided on the main surface side of the metal package, and the translucent window portion faces the concave portion and intersects with an extension of an inner wall of the concave portion. It is characterized by Thereby, light emitted from the light emitting element and reflected and scattered by the inner wall of the concave portion can be efficiently extracted to the outside.
  • the metal package has a thermal conductivity of 1 O WZm ⁇ K or more and 10 O WZm ⁇ K or less and a thermal expansion coefficient of 0.05 X 10 4 ⁇ 4 Zdeg or more and 0.20 xl O _ 4 Zdeg. It is characterized as follows. As a result, a light emitting device capable of dropping a large current without losing reliability can be obtained.
  • the recess has an edge protruding from an adjacent base.
  • the translucent window portion is provided on an inner wall of the concave portion facing one side surface of the light emitting element. It is characterized by intersecting an extension of a straight line connecting the inflection point, which is a rising point, and the uppermost end point of the inner wall of the recess facing the inflection point via the light emitting element.
  • the light emitting device of the present invention includes a metal package having a light emitting element, a thin part on which the light emitting element is mounted, and a thick part extending from the thin part to the outside, and an insulating member on the thick part.
  • the thin portion main surface is substantially parallel to the thick portion main surface, and the boundary main surface is bent. Thereby, the difference in thermal resistance between the thin portion and the thick portion is increased, and the heat dissipation is further improved.
  • FIG. 1 is a schematic plan view and a schematic sectional view showing a light emitting device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view and a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view and a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 9 (a) is a schematic plan view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 9 (b) is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 9 (a).
  • FIG. 10 is a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
  • FIG. 11 is also a schematic diagram showing one step of forming the light emitting device of FIG.
  • FIG. 12 is a schematic sectional view of a light emitting device shown for comparison with the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic sectional view of a light emitting device shown for comparison with the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a device used in one step of forming the light emitting device of FIG.
  • FIG. 15 is a schematic plan view in which one light emitting device of the present invention is mounted on a high heat conductive substrate.
  • FIG. 5 shows a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • the package 5 is made of metal, and has a concave portion a for accommodating the light emitting element in the center. Further, the base portion b, which is a peripheral portion of the concave portion, has two through holes penetrating in the thickness direction, and the respective through holes are opposed to each other with the concave portion interposed therebetween. Positive and negative lead electrodes 2 are inserted into the through holes via hard glass, which is an insulating member 3.
  • both ends of the lead electrode 2 protrude from the surface of the base portion, and the bottom surface of the lead electrode is located on substantially the same plane as the bottom surface of the concave portion.
  • the surface of each member in the opening direction of the concave portion of the package is defined as a main surface, and the surface on the opposite side to the main surface is expressed as a back surface or a bottom surface.
  • an LED chip serving as a light emitting element 1 is arranged in the recess, and each electrode of the LED chip is electrically connected to each lead electrode 2 by a wire 4. I do.
  • the main surface of the package made conductive in this way is hermetically sealed with a lid 6 having a light-transmitting window 7.
  • the translucent window 7 can contain various fluorescent substances 8 such as an inorganic fluorescent substance and an organic fluorescent substance.
  • a fluorescent substance 8 is a fluorescent substance containing a rare earth element which is an inorganic fluorescent substance.
  • the rare earth element-containing phosphor is selected from at least one element selected from the group consisting of Y, Lu, Sc, La, Gd, and Sm, and from the group consisting of A, Ga, and In.
  • a garnet-type phosphor having at least one element.
  • yttrium-aluminum oxide-based phosphor activated with cerium is preferable.
  • Ce, Tb Cu, Ag, Au, Fe, Cr, Nd, Dy, Ni, Ti, Eu, Pr, etc.
  • a fluorescent substance 8 capable of absorbing at least a part of light from the LED chip and emitting light of a different wavelength is contained.
  • a light emitting device composed of only an inorganic substance without using an organic substance as a constituent material of a package and a binder of a fluorescent substance can prevent deterioration of components due to heat and light, and is dramatically higher. Can have reliability.
  • the light-emitting element 1 is not particularly limited, but when a fluorescent substance is used, a semiconductor light-emitting element having a light-emitting layer capable of emitting an emission wavelength capable of exciting the fluorescent substance is preferable.
  • a semiconductor light emitting device various semiconductors such as ZnSe and GaN can be cited, and a nitride semiconductor (In x A 1 YG a ⁇ ) capable of efficiently exciting a fluorescent substance and capable of emitting light at a short wavelength.
  • X _ Y N, 0 ⁇ X, 0 ⁇ Y , X + Y ⁇ 1) are preferably exemplified.
  • the nitride semiconductor may contain boron or phosphorus.
  • Examples of the semiconductor structure include a homo structure having a MIS junction, a PIN junction, and a pn junction, a hetero structure, and a double hetero structure.
  • Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal thereof.
  • a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed as a thin film in which a quantum effect occurs can be used.
  • a nitride semiconductor When a nitride semiconductor is used, materials such as sapphire, spinel, Sic, Sic, ZnO, and GaN are preferably used for the semiconductor substrate. In order to form a nitride semiconductor having good crystallinity with good mass productivity, it is preferable to use a sapphire substrate. A nitride semiconductor can be formed on this sapphire substrate by MOCVD or the like. A buffer layer such as GaN, A1N, or GaAs is formed on a sapphire substrate, and a nitride semiconductor having a pn junction is formed thereon.
  • Examples of a light emitting device having a P n junction using a nitride semiconductor include a first contact layer formed of n-type gallium nitride on a buffer layer, and a first cladding layer formed of n-type aluminum nitride-gallium on a buffer layer. Active layer made of indium nitride gallium, second cladding layer made of p-type aluminum nitride gallium, p-type gallium nitride And a double hetero structure in which the second contact layers formed by the above are sequentially laminated.
  • a nitride semiconductor shows n-type conductivity without doping impurities.
  • a desired n-type nitride semiconductor for example, to improve luminous efficiency, it is preferable to appropriately introduce Si, Ge, Se, Te, C, or the like as an n-type dopant.
  • p-type dopants such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba are doped.
  • a light emitting element made of a nitride semiconductor can be formed by cutting the semiconductor wafer into chips.
  • the light-emitting element in order to emit white light, has a light-emitting wavelength of at least 400 nm in consideration of the complementary color relationship with the light-emitting wavelength from the fluorescent substance and the deterioration of the light-transmitting resin. It is preferably at most 530 nm, more preferably at least 420 nm and at most 490 nm. In order to further improve the excitation and luminous efficiency of the light emitting element and the fluorescent substance, respectively, it is more preferably 450 nm or more and 475 nm or less.
  • the light emitting device of the present invention uses a light emitting element having a main emission wavelength in the near ultraviolet or ultraviolet region, and is capable of absorbing a part of the light from the light emitting element to emit light of another wavelength.
  • a color conversion type light emitting device with less color unevenness can be obtained.
  • the metal package 5 used in the light emitting device of the present embodiment includes a concave portion a for housing a light emitting element and a base portion b on which a lead electrode is arranged.
  • the bottom surface of the concave portion and the bottom surface of the lead electrode are located substantially on the same plane.
  • the metal package is preferably formed to be thin in consideration of the heat dissipation of the heat generated from the light-emitting element and the miniaturization of the package.
  • the present inventor distinguishes a portion where a light emitting element is arranged and a portion where a lead electrode is fixed in a metal package, and sets a shape and a thickness according to the purpose in each region, thereby improving reliability. Improve the performance.
  • the package used in the light emitting device of the present embodiment has a recess at the center where the light emitting element can be accommodated and heat generated from the light emitting element can be radiated well.
  • the bottom surface of the concave portion is located on substantially the same plane as the mounting surface of the light emitting device, that is, the bottom surface of the lead electrode, and is configured to be in contact with the surface of the mounting substrate 27. With this configuration, a high thermal conductivity region 28 is provided separately from the wiring 29 on the surface of the mounting substrate 27, and the high thermal conductivity region 28 and the bottom surface of the concave portion are fixed by a conductive member.
  • the support is also fixed to the high heat conductive region 28 with a conductive member, similarly to the bottom of the concave portion.
  • the thickness of the bottom surface of the concave portion is formed to be thinner than the base portion corresponding to the outer peripheral portion so as to have good heat dissipation.
  • the thickness of the thin portion which is the bottom surface of the concave portion, is preferably from 0.05 mm to 0.2 mm, and more preferably from 0.05 mm to 0.1 mm.
  • the bottom surface of the concave portion set in this manner is preferably low in thermal resistance.
  • the light emitting device of the present invention allows heat generated from the light emitting element to be directly radiated to the mounting substrate through a heat radiation path shorter than the region where the thermal resistance is set to be lower from the outside, and realizes a lower thermal resistance. are doing.
  • the main surface of the thin portion which is the bottom surface of the concave portion is substantially parallel to the main surface of the thick portion which is the base portion, and the inner wall of the concave portion which is the main surface of the boundary portion is bent. Thereby, the thin portion and The difference in thermal resistance from the thick portion is increased, and the heat dissipation can be further improved.
  • the recess is preferably located at the center of the light emitting device, whereby good directional characteristics are obtained.
  • the recess has a volume capable of accommodating the entire light emitting element.
  • light emitted from the four side surfaces of the light emitting element can be favorably extracted in the front direction from the inner wall of the recess. This is preferable because unevenness of light emission and color unevenness particularly observed in a light emitting element made of a nitride semiconductor can be improved.
  • the wavelength of the light emitting element is converted by using the color conversion layer, the entire light emitting element arranged in the concave portion can be easily covered with the color conversion layer.
  • a light-transmitting member that covers the light-emitting element is provided in the concave portion because light extraction efficiency is improved.
  • the light emission is performed by the color conversion layer in which the translucent member contains a fluorescent substance capable of absorbing a part of light emitted from the light emitting element and emitting another wavelength.
  • the element is covered.
  • the metal package used in the present invention is particularly excellent in heat dissipation in the concave portion in which the light emitting element is arranged, so that each component of the color conversion layer is not limited to an inorganic material, and an organic material can be used. Thus, the organic material hardly deteriorates, and good optical characteristics can be obtained.
  • the inner wall of the recess is preferably tapered so that the volume increases toward the opening, so that a light emitting device capable of emitting light with higher luminance can be obtained.
  • the back surface of the concave portion on the outer wall side has an inverted convex shape, and preferably has a groove between the bottom surface of the concave portion and the bottom surface of the lead electrode.
  • the solder adhered to the bottom surface of the lead may adhere to the adjacent base portion and the like, and insulation between the electrodes may not be obtained, resulting in a short circuit.
  • the recess is formed, for example, by subjecting a flat metal plate to drawing.
  • drawing is performed from the main surface direction of the metal flat plate to flow the metal in the rear direction to form a concave portion.
  • this flowed metal is a part of the bottom surface of the recess, the area of the mounting surface can be increased, and the thickness of the bottom surface of the side surface of the recess can be increased.
  • the thickness of the concave portion forming the mounting surface is such that the light emitting element mounting portion whose main surface is flat is thin, and the main surface side is a part of the side wall of the concave portion.
  • the part is configured thick. This is preferable because heat dissipation is improved and the mechanical strength of the package is increased.
  • mounting can be performed with high accuracy, and favorable directional characteristics can be obtained.
  • a flat plate portion surrounding the recess a in the metal package is referred to as a base portion.
  • the base portion has at least one through hole penetrated in the thickness direction.
  • the through hole is for fixing a lead electrode
  • the light emitting device of the present embodiment has two of the through holes.
  • the respective through holes are provided to face each other with the concave portion a interposed therebetween, and a positive or negative lead electrode is inserted into each of them through an insulator.
  • At least one of the positive and negative lead electrodes of the light emitting device of the present invention only needs to be inserted into the through hole of the base via an insulator, and as shown in FIG. It may be formed integrally with the metal package.
  • the heat generating source is made of a continuous material without an insulator from the light emitting element arrangement surface of the package concave portion to the other lead electrode, heat is well dispersed, Heat can be satisfactorily radiated from the bottom surface of the concave portion, the bottom surface of the other lead electrode, and the back surface therebetween.
  • the thickness of the base portion of the metal package is larger than the bottom thickness of the concave portion.
  • the thickness of the base portion is preferably from 0.3 mm to 1.0 mm, and more preferably from 0.5 mm to 1.0 mm. If the thickness is less than 0.3 mm, the strength of the entire package is reduced. In addition, cracks may occur at the weld interface due to stress strain generated during welding with the lid, and if the airtightness is imperfect, moisture will enter the interior and corrode the wires and light emitting elements, reducing reliability. Resulting in. If the thickness is 1.0 mm or more, it is difficult for the pulse current to be transmitted to the welding interface, and the sealing may be incomplete. In addition, the light emitting device becomes thicker and costs increase Will be higher.
  • the outer edge of the base has a flange along the bottom of the base.
  • the package end surface exposed by providing the flange portion and the inner wall of the lid disposed on the light emitting surface side, and the upper surface of the flange portion and the upper surface of the lid are fitted to each other, and positioning of these components is performed. It is preferable because it can be easily performed and mass productivity is improved.
  • a support may be provided on the back side of the base portion. It is preferable that the support members are arranged at equal intervals between the lead electrodes projecting from the rear surface side, because the mounting stability of the light emitting device is improved. It is preferable that the support is made of the same material as that of the base portion, so that the heat dissipation of the light emitting device is improved. Such a support can be easily formed by, for example, performing press working from the main surface side of the base portion and flowing a part of the metal to the back surface side.
  • the thermal conductivity of the lead electrode and the metal package is preferably in the range of 1 OW / mK or more and 10 OWZmK or less, more preferably 15 WZmK or more and 80 W / m ⁇ K or less, more preferably 15 W / m ⁇ K or more and 50 W / m ⁇ K or less.
  • a light emitting device capable of dropping a large current for a long time while maintaining reliability can be obtained.
  • the coefficient of thermal expansion of the metal package is preferably the same value as the coefficient of thermal expansion of the insulating member or a value larger than that.
  • the members can be thermally adhered to each other without being damaged.
  • the difference between these thermal expansion coefficients to zero. 0 1 if X 1 0- 4 Bruno deg or less, to avoid damage due to a difference in thermal expansion coefficient by increasing as much as possible the contact area of each other
  • the metal package is moderately shrunk toward the inside of the through-hole by the effect of the difference in the coefficient of thermal expansion. It can be in close contact. This simplifies the working process and provides a luminous measure with good productivity.
  • the base material of the metal package preferably has a strong strength.
  • a thin package can be formed with high reliability.
  • Preferred substrates for metal packages include Kovar, iron, and the like.
  • Kovar is a Fe—Ni—Co alloy and has a coefficient of thermal expansion similar to that of a low-melting glass used for an insulating member, so that good hermetic sealing can be performed.
  • Ag plating it is preferable to apply Ag plating to the outermost surface of these substrates. With this configuration, the light reflection / scattering coefficient of the package surface is improved, and the Ag layer is used as a brazing filler metal, and the adhesion between the light emitting element, the wire, and the lid and the metal package body is improved, which is preferable.
  • the main surface side of the package, to which light from the light emitting element is irradiated has a glossy Ag layer, and only the portion of the Ag layer desired to enhance adhesion with other members has a dull gloss. These effects are multiplied.
  • the metal package used in the present invention is configured as described above, whereby a highly reliable light emitting device can be obtained at low cost.
  • the light emitting device of the present invention has positive and negative lead electrodes, at least one of which is provided integrally with the base of the metal package via an insulating member.
  • a through hole is provided in the base portion, and inserted into the through hole via an insulating member.
  • the tip of the lead electrode protrudes from the surface of the base, and the bottom surface of the lead electrode is located on substantially the same plane as the bottom surface of the recess on the mounting surface side.
  • Top a wire connection surface of the lead electrode 2, 0. 0 2 mm 2 ⁇ 0 .
  • a small-sized light emitting device with good wire bonding accuracy can be obtained.
  • the bottom surface on the mounting surface side of the lead electrode protrudes from the back surface of the base portion, the bottom surface can be configured to have a larger area than the top surface.
  • the lead electrode also functions as a support for the light emitting device, and can be stably mounted on the surface, and has a large contact area with the mounting substrate, so that heat dissipation is improved. Be improved.
  • a lead electrode having such a shape can be obtained by, for example, pressing the bottom surface of a pillar-shaped lead electrode.
  • Preferred shapes on the bottom side of the lead electrode include an inverted T shape, a divergent shape, and an inverted taper type. No.
  • the light emitting device of the present embodiment has a light transmitting window portion 7 and a lid 6 formed of a metal portion on the main surface side of the metal package.
  • the window 7 is a light-emitting surface of the light-emitting device, and is preferably disposed at the center.
  • the window is located on an upper surface of the light emitting element arranged in the recess of the metal package, and has an intersection with an extension of an inner wall of the recess.
  • Light emitted from the end of the light emitting element is reflected and scattered on the side surface of the concave portion and is taken out in the front direction. It is considered that the range of existence of these reflected and scattered light is substantially within the extension of the side surface of the concave portion. Therefore, by adjusting the area of the window portion, which is a light emitting surface, as described above, the reflected and scattered light is efficiently condensed on the window portion, and a light emitting device capable of emitting high-intensity light is provided. can get.
  • the base material of the lid preferably has a thermal expansion coefficient similar to that of the light-transmitting members of the package body and the window.
  • the surface of the material of the lid preferably has a Ni plating layer as a protective film of the base material.
  • the above-mentioned lid is, for example, airtightly and insulated from the glass and the lid main body by arranging a tablet-shaped glass in an opening formed in the lid main body using a carbon sealing jig and letting the furnace pass therethrough. Can be worn.
  • the shape of the lid is not particularly limited as long as it has a smooth flat surface that can be in close contact with the welded portion of the package and can hermetically seal the package.
  • a lid having a convex central portion When a lid having a convex central portion is used, a color conversion member can be satisfactorily bound to the back of the window of the lid, and a light emitting device can be formed with a high yield.
  • a flexible member is injected into the protruded rim, and a light emitting element electrically connected to the metal package is inserted and integrated, a light emitting device having excellent heat stress can be obtained.
  • the surface of the window portion has a curved lens shape as shown in FIG. 7, light convergence is improved, and a light emitting device having a high luminous intensity in the front direction can be obtained.
  • a light emitting device having a high luminous intensity in the front direction.
  • a fluorescent substance having a directivity angle set to about 45 degrees and a fluorescent substance that absorbs a part of the blue light and emits yellow light is fixed on the back surface.
  • the cannonball side When a lens is mounted, a miniaturized light emitting device capable of emitting a white beam with high luminance by mixing these colors can be obtained.
  • Such a light emitting device can be used for a flash required for a drawing function provided in a small machine such as a mobile phone.
  • the light-emitting device of the present invention provides light having a desired color tone by combining a light-emitting element and a fluorescent substance capable of absorbing at least a part of light emitted from the light-emitting element and emitting another light. Can be obtained.
  • the fluorescent substance has compatibility with other members such as a diffusing agent and a pigment, and it is also possible to use them in combination.
  • the member of the window part of the lid may contain another substance such as the fluorescent substance 8, or the other substance layer may be applied to the inner surface of the window part using a binder. Good. Further, it may be disposed in a concave portion of the metal package while being contained in a resin or the like.
  • the fluorescent substance used in the present embodiment will be described in detail.
  • a yttrium / aluminum oxide fluorescent material activated by cerium which can emit light by exciting light emitted from a semiconductor light emitting element having a nitride semiconductor as a light emitting layer, is used.
  • the base fluorescent material is used.
  • yttrium aluminum oxide fluorescent substance YA 10 3: Ce Y 3 A 1 5 0 12: C e (YAG: C e) and Y 4 A 1 2 ⁇ 9: C e, even these And the like.
  • At least one of BaSrMgCaZn may be contained in the yttrium or aluminum oxide-based fluorescent substance.
  • Si the reaction of crystal growth can be suppressed and the particles of the fluorescent substance can be made uniform.
  • the yttrium-aluminum oxide-based phosphor activated by Ce is to be interpreted in a particularly broad sense, and part or all of yttrium is selected from the group consisting of LuScLaGd and Sm. It is used in a broad sense including a phosphor which is substituted by at least one element, or a part or the whole of aluminum is substituted by either B a T or G a or In or both and has a fluorescence action.
  • This fluorescent substance has a garnet structure (garnet-type structure) and is resistant to heat, light and moisture, and can make the peak of the excitation spectrum near 450 nm. Also, the emission peak is around 580 nm and has a broad emission spectrum down to 700 nm.
  • the photoluminescence phosphor can increase the excitation emission efficiency in the long wavelength region of 460 nm or more by containing Gd (gadolinium) in the crystal.
  • Gd gadolinium
  • the emission peak wavelength shifts to a longer wavelength
  • the overall emission wavelength also shifts to the longer wavelength side. That is, when a reddish emission color is required, it can be achieved by increasing the substitution amount of Gd.
  • Tb Cu, Ag, Au, Fe, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti, Eu, etc. can be contained in addition to Ce.
  • the emission wavelength shifts to the shorter wavelength side by replacing part of A1 with Ga. Also, by substituting a part of Y in the composition with Gd, the emission wavelength shifts to the longer wavelength side.
  • substitution is preferably changed from 0.03 to 1.0. If the substitution with Gd is less than 20%, the green component is large and the red component is small, but by increasing the content of Ce, the red component can be supplemented and the desired color tone can be obtained without lowering the luminance. . With such a composition, the temperature characteristics become good and the reliability of the light emitting diode can be improved. When a photoluminescent phosphor adjusted to have many red components is used, a light-emitting device capable of emitting an intermediate color such as pink can be formed.
  • Such a photoluminescent phosphor is used as a raw material for Y, Gd, Al, and Ce.
  • a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, and Ce in an stoichiometric ratio in an acid with oxalic acid, and aluminum oxide Are mixed to obtain a mixed raw material.
  • An appropriate amount of a fluoride such as barium fluoride or ammonium fluoride is mixed into the crucible as a flux, and the mixture is baked in air at a temperature of 135 to 140 ° C.
  • such a photoluminescent phosphor is obtained by mixing two or more kinds of cerium-activated yttrium-aluminum garnet (garnet-type) phosphor and other phosphors. Is also good.
  • the particle size of the fluorescent substance used in the present invention is preferably in the range of 10 ⁇ m to 50m, and more preferably 15 / m to 30m. Fluorescent substances having a particle size of less than 15 m are relatively easy to form aggregates and settle down densely in the liquid resin, which reduces light transmission efficiency. In the present invention, by using such a fluorescent substance having no fluorescent substance, the hiding of light by the fluorescent substance is suppressed, and the output of the light emitting device is improved. Further, the fluorescent substance having the particle size range of the present invention has high light absorption and conversion efficiency, and has a wide excitation wavelength range. As described above, by including a large-diameter fluorescent substance having excellent optical characteristics, it is possible to satisfactorily convert and emit light around the main wavelength of the light emitting element, thereby improving mass productivity of the light emitting device. Is done.
  • the particle size is a value obtained from a volume-based particle size distribution curve.
  • the volume-based particle size distribution curve is obtained by measuring the particle size distribution by a laser diffraction / scattering method. Specifically, the concentration is 0.05 ° C. in an environment at a temperature of 25 ° (70% humidity: 70%). Each substance is dispersed in 5% aqueous sodium hexaphosphate solution, and the particle size range is reduced to 0.03; um to 700 m using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-200 OA). In this volume-based particle size distribution curve, this is the particle size when the integrated value is 50%, and the central particle size of the fluorescent substance used in the present invention is 15 m to 50 m.
  • the fluorescent substance having the central particle diameter value is contained frequently, and the frequency value is preferably 20% to 50%.
  • the frequency value is preferably 20% to 50%.
  • the location of the fluorescent substance is not particularly limited, and it may be a binder on the back of the window of the lid, or may be directly contained in the material of the window of the lid.
  • a fluorescent substance may be contained in an inorganic substance such as resin or glass which is relatively less deteriorated by heat, and may be filled in the package concave portion so as to cover the light emitting element. Since the package of the present invention is made of metal and has excellent heat dissipation, even if a fluorescent material is filled around the light emitting element disposed in the recess with a resin or the like, the components are almost degraded to heat. It is possible to make the most of the intrinsic action of the resin and fluorescent substance.
  • an opening is provided in the lid body, and a mixture of powdered or glass-like glass and powdered fluorescent substance is placed in the opening, Batch molding by processing. As a result, a window containing a fluorescent substance is formed.
  • a mixture of a glass paste and a fluorescent substance may be arranged and fired.
  • the material of the binder is not particularly limited, and any of an organic substance and an inorganic substance can be used.
  • a transparent resin having excellent weather resistance such as an epoxy resin, an acrylic resin, or a silicone resin is preferably used as a specific material.
  • a silicone resin because it is excellent in reliability and can improve the dispersibility of the fluorescent substance.
  • an elastomer-like or gel-like member is used, a light-emitting device having excellent heat resistance can be obtained.
  • an inorganic substance having a coefficient of thermal expansion similar to that of the window is preferable to use as a binder because the fluorescent substance can be brought into good contact with the window.
  • a sedimentation method, a sol-gel method, or the like can be used.
  • fluorescent substances, silanol (S i (OE t) 3 OH), and ethanol are mixed to form a slurry, after ejecting the slurry from Bruno nozzle to the window portion of the lid, 3 0 0 at 3 silanol and S I_ ⁇ 2 and the heating time, it is possible to fix the fluorescent substance.
  • an inorganic binder may be used as a binder.
  • the binder is a so-called low-melting glass, which is a fine particle, preferably has a low absorption for radiation from ultraviolet to visible region and is extremely stable in a binder, and is obtained by a precipitation method.
  • Alkaline earth borates, which are fine particles, are suitable.
  • a binder in which the particles are ultrafine even if the melting point is high for example, silica, alumina made of Degussa, or an alkaline earth having a fine particle size obtained by a precipitation method It is preferable to use a metal-class pyrophosphate, orthophosphate or the like.
  • binders can be used alone or as a mixture with one another.
  • the binder is preferably wet-pulverized in a vehicle and made into a slurry to be used as a binder slurry.
  • the vehicle is a high-viscosity solution obtained by dissolving a small amount of a binder in an organic solvent or deionized water.
  • an organic vehicle can be obtained by adding 1 wt% of nitrocellulose as a binder to butyl acetate as an organic solvent.
  • the binder slurry thus obtained contains a fluorescent substance to prepare a coating liquid.
  • the amount of the slurry in the coating solution is preferably such that the total amount of the binder in the slurry is about 1 to 3% wt with respect to the amount of the fluorescent substance in the coating solution. If the amount of the binder added is too large, the luminous flux maintenance ratio tends to decrease. Therefore, it is preferable to use the binder at a minimum.
  • the coating solution is applied to the back of the window, and thereafter, hot air or hot air is blown and dried. Finally, baking is performed at a temperature of 40 O: ⁇ 700 to disperse the vehicle. As a result, a phosphor layer is attached to the surface of the window with the binder.
  • a diffusing agent may be contained in the color conversion member in addition to the fluorescent substance.
  • a specific diffusing agent barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide and the like are preferably used. This has good directional characteristics A light emitting device is obtained.
  • the diffusing agent refers to a material having a center particle diameter of 1 nm or more and less than 5.
  • the diffusing agent having a length of 1 m or more and less than 5 m is preferable because light from the light emitting element and the fluorescent substance is satisfactorily irregularly reflected, and the use of a fluorescent substance having a large particle diameter can suppress color unevenness that tends to occur. Further, the half width of the light emitting spectrum can be reduced, and a light emitting device with high color purity can be obtained.
  • a diffusing agent of 1 nm or more and less than 1 / m has a low interference effect on the light wavelength from the light emitting element, but has high transparency and can increase the resin viscosity without decreasing the luminous intensity.
  • the color conversion member when disposing the color conversion member by potting or the like, it becomes possible to substantially uniformly disperse the fluorescent substance in the resin in the syringe and maintain the state, and it is relatively difficult to handle the large particle size. Even when a fluorescent substance is used, production can be performed with a high yield.
  • the action of the diffusing agent of the present invention varies depending on the particle size range, and can be selected or used in combination according to the method of use.
  • a filler may be contained in the color conversion member in addition to the fluorescent substance.
  • the specific material is the same as the diffusing agent, but the central particle size is different from that of the diffusing agent.
  • the filler refers to a material having a central particle size of 5 to 100 zzm.
  • the wire that electrically connects the light emitting element and the external electrode can be prevented from being broken, and the bottom surface of the light emitting element and the bottom surface of the concave portion of the package can be prevented from peeling off.
  • a light emitting device is obtained. Further, the fluidity of the resin can be adjusted to be constant for a long time, and the sealing member can be formed in a desired place, so that mass production can be performed with high yield.
  • the filler preferably has a particle size and Z or shape similar to the fluorescent substance.
  • similar particle size refers to a case where the difference between the respective center particle sizes of the respective particles is less than 20%
  • both the fluorescent substance and the filler preferably have a center particle diameter of 15 m to 50 m, more preferably 20 m to 50 m. By adjusting the particle diameters in this manner, a preferable distance between each particle is obtained. Can be provided and arranged. As a result, a light extraction path is secured, and the directional characteristics can be improved while suppressing a decrease in luminous intensity due to the inclusion of a filler.
  • a light emitting device of a surface mount type as shown in FIG. 1 is formed.
  • LED chips monochromatic emission peak in the emission layer is 475 nm which is visible light I ⁇ 0. 2 Ga. .
  • a nitride semiconductor device which have a 8 N semiconductor. More specifically, the LED chip is manufactured by flowing a TMG (trimethyl gallium) gas, a TMI (trimethyl indium) gas, a nitrogen gas and a dopant gas together with a carrier gas on a cleaned sapphire substrate, and using a nitride semiconductor by MOCVD. Can be formed by forming a film. By switching between SiH 4 and Cp 2 Mg as the dopant gas, an n-type nitride semiconductor or a p-type nitride semiconductor layer is formed.
  • the element structure of the LED chip is as follows: n-type GaN layer, which is an AND nitride semiconductor; GaN layer, which is an n-type contact layer with an Si-doped n-type electrode formed on a sapphire substrate; N-type GaN layer, which is a nitride semiconductor, and then a GaN layer that constitutes a light-emitting layer, a GaN layer that constitutes a barrier layer, an InGaN layer that constitutes a well layer, and a GaN layer that constitutes a barrier layer. It has a multiple quantum well structure in which five InGaN layers are stacked.
  • an A 1 GaN layer as a Mg-doped p-type cladding layer and a GaN layer as a Mg-doped p-type contact layer are sequentially laminated.
  • a GaN layer is formed on the sapphire substrate at a low temperature to serve as a buffer layer.
  • the p-type semiconductor is annealed at 400 ° C or higher after film formation.
  • a metal thin film is formed as a translucent electrode on the entire surface of the P-type nitride semiconductor, and then a pedestal electrode is formed on a part of the translucent electrode. After drawing the scribe line on the completed semiconductor wafer, it is divided by external force to form LED chips, which are semiconductor light emitting devices.
  • a Kovar package which has a concave portion in the center and a base portion in which Kovar lead electrodes are inserted and fixed on both sides of the concave portion in an insulating and airtight manner.
  • a NiZAg layer is provided on the surfaces of the package and the lead electrode.
  • An LED chip is die-bonded with an Ag—Sn alloy into the recess of the package thus configured.
  • a resin or glass containing a conductive material can be used as the joining member used for the die pond.
  • the conductive material to be contained is preferably Ag, and when an Ag paste having a content of 80% to 90% is used, a light emitting device which is excellent in heat dissipation and has a small stress after bonding can be obtained.
  • each electrode of the die-punched LED chip and each lead electrode exposed from the bottom surface of the package concave portion are electrically connected to each other by an Ag wire.
  • the light emitting device of this embodiment does not use an organic resin as a constituent member, it is possible to use an A1 wire.
  • the concave portion of the package is sealed with a lid made of Kovar having a glass window at the center, and seam welding is performed.
  • the light emitting device is formed in the same manner as in Example 1 and has better heat dissipation than Example 1.
  • a light-emitting device with high intensity can be obtained.
  • both the reliability and the yield are improved, and a light-emitting device that can maintain high output for a long time can be obtained with a good yield.
  • Example 4 when the light emitting device is formed in the same manner as in Example 2 except that only the inner wall side of the concave portion of the metal package is tapered, the light emission output and the mechanical strength are improved by 15% compared to Example 2.
  • a light emitting device is formed in the same manner as in Example 3 except that a fluorescent substance is contained in the window of the lid.
  • a solution in which rare earth elements of Y, Gd, and Ce are dissolved in an stoichiometric ratio in an acid is coprecipitated with oxalic acid.
  • a co-precipitated oxide obtained by calcining this is mixed with aluminum oxide to obtain a mixed raw material.
  • This is mixed with barium fluoride as a flux, packed in a crucible, and fired in air at 1400 ° C for 3 hours to obtain a fired product.
  • the fired product is ball in water, washed, separated, dried, median particle size through the last sieve are the 22 (Y 0 995 Gd 0 005 ..) 2.
  • C e 0 250 fluorescence Forms a substance.
  • the fluorescent substance thus obtained and the powdery silica are mixed at a ratio of 1: 2, placed in an opening provided in the lid, and molded at once by press working.
  • the color conversion type light-emitting device obtained in this way has the same effects as in Example 1, and can emit white light with high reliability and high output.
  • Example 6 When a light emitting device is formed in the same manner as in Example 6 except that the color conversion member is formed of a silicone resin containing 5% by weight of a fluorescent substance, the same effect as in Example 6 can be obtained.
  • a light emitting device was formed in the same manner as in Example 6 except that the color conversion member was coated with a silica gel containing 5 O wt% of a fluorescent substance to form a color conversion member. The effect of is obtained.
  • a light emitting device When a light emitting device is formed in the same manner as in Example 3 except that the color conversion member is formed by filling the concave portion of the package with a silicone resin containing a fluorescent substance, a light emitting device having a higher front luminous intensity than Example 5 is obtained. Further, by coating the light emitting element with a resin, the point light source can be used as a surface light source, and the color mixing of light is excellent, so that uniform light emission without color variation due to angles can be obtained. When an elastomer-like silicone resin or a gel-like silicone resin is used as the silicone resin, a light emitting device excellent in heat stress can be obtained, and reliability is improved.
  • a light emitting device of a surface mount type as shown in FIG. 9 is formed. With the center of the base plate made of iron, with the tapered mold installed on the back side, drawing is performed from the main surface direction to flow the metal to the back surface and the main surface, and the thickness of the base A concave portion having a thin bottom surface thickness, an edge protruding from the adjacent base portion on the main surface side, and a tapered inner wall is integrally formed. By forming in this manner, a light emitting device having excellent reliability and light extraction efficiency can be obtained with high mass productivity.
  • a T-shaped lead electrode whose area on the main surface side is larger than the area on the bottom surface side is formed with a Kovar, and Ni ZAu plating is applied to the surface.
  • the lead electrode thus formed is inserted into the through hole from the main surface side.
  • the above-mentioned lead electrode is Because of this, positioning is easy when inserting into the through hole, and the lead electrode can be fixed with high accuracy.
  • the main surface side of the lead electrode is fixed to a carbon jig having a concave portion corresponding to the main surface size, glass is applied to the interface between the through hole and the lead electrode, and the glass is melted. Is hermetically sealed.
  • the area of the main surface of the lead electrode is designed to be large, it can be fixed to the carbon jig with high stability. Thereby, the hermetic sealing of the interface can be performed accurately.
  • the main surface of the package is hermetically sealed with nitrogen gas. Thereby, migration of metal is prevented on the main surface side, and the area of the main surface side of the lead electrode can be maximized.
  • the stitch bonding portion can be reinforced with another metal piece.
  • a reinforcing pole is formed with a separate wire so as to cover at least a part of the first stitch bonding, and the wire is directly used as it is. Pull up to the top and move to the opposite side of the wire connected to the LED chip through the center of the reinforcing pole, and use the second stitch to cover the first stitch bonding via the reinforcing pole Bond and cut the wire.
  • a reinforcing metal piece is configured such that a second pole bonding portion and a second stitch bonding are all arranged in one direction on a first stitch bonding portion.
  • the weight and ultrasonic application by each bonding that is, the total of three times of weight and ultrasonic application are intensively applied, and the adhesion strength to the lead electrode can be increased.
  • the first stitch bonding portion and the second stitch bonding portion are preferably substantially symmetrical via the reinforcing ball, whereby the first stitch bonding portion and the second stitch bonding portion are formed.
  • the thickness of the second ball bonding portion interposed between the second stitch bonding and the thickness of the second ball bonding portion can be substantially uniform, and the weight and the ultrasonic application by the second stitch bonding can be uniformly transmitted over the entire surface in the one direction. Bonding strength can be enhanced. By performing such bonding reinforcement, high reliability can be maintained even when each bonding condition is not good.
  • the surface area of the lead electrode can be increased, a plurality of wires can be accurately bonded on the surface of each lead electrode.
  • a large-chip type light-emitting element having a plurality of light-emitting regions can emit light at a high output by applying a large current.
  • a protective element is separately mounted on the base for the purpose of increasing the electrostatic withstand voltage of the light emitting element, the light emitting element and the protective element are each wire-bonded to the lead electrode, and one lead is formed.
  • the respective lead electrodes are arranged along one end surface of the package.
  • this configuration it is possible to simplify the electrode wiring of the mounting board and to widen the area for radiating heat.
  • there is a wide variety of mounting patterns which is preferable.
  • the protection element be mounted between the lead electrodes along the one end surface. Thereby, the length of the wire bonded from the protection element to the main surface of each of the lead electrodes can be made as short as possible, and the reliability can be increased without adversely affecting the optical characteristics.
  • the main surface of the edge of the concave portion is located substantially on the same plane as the main surface of each of the lead electrodes, whereby the accuracy of wire bonding can be increased, and the thinning with high reliability is achieved. A light emitting device is obtained.
  • a main surface of an edge portion located between the concave portion and each of the lead electrodes is configured to be lower than the main surface of the base portion, Further, it is preferable that the corner formed by the main surface and the inner wall be rounded. Thereby, the loop height of the wire can be further reduced, and both improvement in luminance and reduction in thickness can be realized. Partly like this The edge whose height has been adjusted can be integrally formed by press working when forming the concave portion.
  • a support is formed by pressing the main surface side at two places opposing each of the lead electrodes via the concave portion and flowing a part of the metal to the bottom side.
  • the bottom surface of the support is located on substantially the same plane as the bottom surface of the lead electrode and the bottom surface of the concave portion.
  • An LED chip having two positive and negative electrodes on the same surface side is die-bonded with an Ag—Sn alloy into the concave portion of the package thus configured. It is preferable that the LED chip is mounted such that the side surface that emits light faces the protruding edge of the concave portion.
  • the chip is mounted so that the corner of the chip faces each of the lead electrodes.
  • the light emitting device can be made thinner without lowering the light extraction efficiency.
  • the two positive electrodes of the LED chip are electrically conductive with the main surface of one lead electrode and the Au wire, respectively, and the two negative electrodes are respectively connected with the main surface of the other lead electrode and the Au wire. Take conductivity.
  • a light emitting device having two or more electrodes has excellent light emission output, but relatively large amount of heat is generated.However, since the package of the present invention has excellent heat dissipation, reliability may be impaired.
  • a high-power light-emitting device can be formed without using a light-emitting device.
  • each lead electrode since the area of the main surface side of each lead electrode is formed large, a plurality of wires can be bonded with high reliability.
  • each lead electrode since each lead electrode is arranged on one end side, even if the main area of the lead electrode is further increased as required, the package needs to be increased in only one direction, and the Enlargement can be minimized.
  • the LED chip and the wire are covered with a Kovar lid having a glass window at the center, and hermetically sealed with nitrogen gas to perform seam welding.
  • the glass window preferably intersects with an extension of the inner wall of the concave portion. Furthermore, a rising point of the inner wall facing a side surface of the light emitting element and a rising point of the inner wall facing the light emitting element via the light emitting element. It is preferable that they intersect with the straight line connecting the uppermost point.
  • the light-emitting device thus obtained has a higher light-emitting output and mechanical strength than Example 3.
  • LED chips of the surface and on the plane of the recess similar to the actual ⁇ 5 fluorescent substance 8 is a light emitting element (Y 0. 9 9 5 G d 0. 0 0 5) 2. 7 5 0 a 1 5 0 1 2: . C e 0 2 5 0 and a color conversion layer contiguous with S I_ ⁇ 2, except for forming by spray coating, forming a light-emitting device in the same manner as in example 1 0 I do.
  • a method of forming the color conversion layer will be described in detail.
  • a solution in which sol-type ethyl silicate, ethylene glycol and a fluorescent substance are mixed at a weight ratio of 1: 1: 1 is stirred to prepare a coating solution.
  • sol-type ethyl silicate is easily dried, gelation can be prevented by mixing with a high-boiling point organic solvent (100 ° C: up to 200 ° C) such as ethanol and ethylene glycol. Is preferred.
  • a high-boiling point organic solvent such as ethanol and ethylene glycol.
  • the coating liquid is put into the container 18 and the coating liquid is conveyed from the container to the nozzle 17 by the circulation pump 20.
  • the flow rate of the coating solution is adjusted by the valve 19.
  • the mist-like application liquid ejected from the nozzle 17 is sprayed while being mist-like and spirally rotated.
  • the spray spreads conically near the nozzle, and spreads cylindrically away from the nozzle.
  • the top, side, and All of the corners and the corners can be covered with a continuous color conversion layer having substantially the same thickness and a uniform dispersion of the fluorescent substance, thereby improving color unevenness such as blue ring.
  • the color conversion layer is preferably composed of a single particle layer, whereby the light extraction efficiency is improved.
  • the distance from the upper surface of the light emitting element to the lower end of the nozzle is set to 40 to 50 mm, and the light emitting element is installed so that the surface of the light emitting element comes in a state where the spray is spread in a cylindrical shape, as shown in FIG.
  • the coating solution and the gas form a continuous color conversion layer having a substantially uniform film thickness on the upper surface, side surfaces and corners of the light emitting element, and on the inner surface of the concave portion.
  • the above-mentioned step is characterized in that the step of applying is carried out in a heated state.
  • the step of applying is carried out in a heated state.
  • the ethanol and the solvent generated by the solification of the ethyl silicate can be blown out instantaneously when sprayed onto the light emitting element.
  • the color conversion layer can be provided without adversely affecting the light emitting element.
  • the spray coating is performed while the package on the heater 15 is placed, and the temperature over the entire day is adjusted to a temperature of 5 Ot or more and 30 O or less. preferable.
  • step 2 After the step 2 was allowed to stand at room temperature, a reaction of the water sol Echirushirigeto in the air, the fluorescent material is fixed by S i 0 2.
  • an alkyl silicide that can be fixed to the light emitting device surface at a temperature of 300 It can be preferably used as a fixing agent for a fluorescent substance.
  • the light-emitting device configured as described above is entirely made of an inorganic material, it has high heat dissipation and excellent light resistance to myopia and ultraviolet rays.
  • any element such as a light emitting element that emits light in the ultraviolet region can be used.
  • Example 1 2 any element such as a light emitting element that emits light in the ultraviolet region can be used.
  • the first phosphor (Y 0 9 9 5 G d 0 0 0 5..) 2 7 5 0 A 1 5 ⁇ 1 2:. C e. 2 5 .
  • the second phosphor C a ⁇ 8 E u 0. Except that are use the 2 S i 5 that the N 8 were mixed and dispersed, to form a light emitting device in the same manner as in Example 1 1, Example 1 Color rendering from 1 Thus, a light emitting device having excellent properties can be obtained.
  • the second fluorescent substance that can be used in the present embodiment is not particularly limited, but MxS having an excitation wavelength similar to that of the first fluorescent substance and capable of emitting yellow to red fluorescence.
  • PTFE fluororesin
  • an LED chip dominant wavelength is 400 nm
  • a light emitting device is formed in the same manner as in Example 11 except for the above.
  • the above-mentioned raw materials are weighed and dry-mixed sufficiently by a mixer such as a ball mill.
  • This mixed raw material is packed in a crucible made of SiC, quartz, alumina, or the like, heated to 1200 at a rate of 96 / hr in a reducing atmosphere of N 2 and H 2 , and fired in a constant temperature section 120 for 3 hours.
  • the obtained calcined product is pulverized, dispersed, sieved, separated, washed with water and dried in water to obtain a desired phosphor powder.
  • CaHP_ ⁇ as a raw material 4, C AC_ ⁇ 3, Eu 2 0 3, MnC_ ⁇ 3, NH 4 C 1, Oyo With fine NH 4 B r (Ca 0. 93, Eu 0 .. 5, Mn 0. 02) 10 (P0 4) 6 B r 0 C 1 Mr. Adjust and mix so that the composition ratio becomes
  • the above-mentioned raw materials are weighed and dry-mixed sufficiently by a mixer such as a ball mill.
  • This raw material is packed in a crucible made of SiC, quartz, alumina, etc., heated to 1200 at 960 ° CZhr in a reducing atmosphere of N 2 and H 2 , and fired in a constant temperature section 1200 for 3 hours.
  • the obtained fired product is pulverized, dispersed, sieved, separated, washed with water, and dried in water to obtain a desired phosphor powder.
  • a light emitting device capable of emitting light with high luminance can be obtained by forming a color conversion layer by applying the color conversion layer around the light emitting element and the inner surface of the recess in the same manner as in Example 14 except that this fluorescent substance is used.
  • a white light source capable of emitting light with high luminance is obtained.
  • the refractive index of the first color conversion layer can be set to be smaller than the refractive index of the second color conversion layer ⁇ the refractive index of the gallium nitride-based compound semiconductor layer. As a result, a light emitting device capable of emitting light with high output can be obtained.
  • the light emitting device of the present invention uses a highly reliable metal package and is configured so that the portion where the light emitting element is arranged is in contact with the mounting board, so that the heat radiation is dramatically improved and a large current is dropped. High reliability can be maintained without deterioration You. This makes it possible to realize a light-emitting device that is highly reliable and can emit light of the same brightness as illumination for a long time, and has extremely high industrial utility value.

Description

明 細 書
技術分野
本発明はバックライト光源、 ディスプレイ、 照明など各種光源や光センサに利 用される発光装置に係わり、特に、信頼性に優れた発光装置に関するものである。 背景技術
今日、 高輝度、 高出力な半導体発光素子や小型且つ高感度な発光装置が開発さ れ種々の分野に利用されている。 このような発光装置は、 低消費電力、 小型、 及 び軽量などの特徴を生かして、 例えば、 光プリン夕一ヘッドの光源、 液晶バック ライト光源、 各種メータの光源や各種読み取りセンサーなどに利用されている。 このような発光装置の一例として、 図 1 3に示す如き発光装置が挙げられる。 凹部を有し且つリード電極 2が挿入されて一体成形されたプラスチック 'パッ ケージ 5を用い、 前記凹部内底面から露出されたリード電極 2上に発光素子とし て L E Dチップ 1をダイボンドすると共に L E Dチップの各電極とパッケージに 設けられたリード電極 2とを金線 4などにより電気的に接続させる。 このように して凹部内に配置された L E Dチップは透光性のモールド樹脂 9等によって封止 される。 これにより、パッケージ内部に配置された L E Dチップやワイヤなどを、 水分、 外力など外部環境から保護することができ、 極めて高い信頼性を有する発 光装置が得られる。
しかしながら、 このような発光装置は、 利用分野の広がりからより厳しい環境 条件で使用され始めている。 航空機や車載用に利用される発光装置では、 例えば 外気温により— 2 0 以下 + 8 0で以上にまで変化する場合もある。 また、 外気 圧、 熱衝撃などと同時に振動もある。 このような場合、 モールド樹脂等の膨張や 収縮により L E Dチップはダイポンド樹脂から剥離され、 放出される光の強度や 指向特性が変化する。 ひどい場合にはワイヤの断線などを生じ全く発光しない場 合がある。
また発光素子は、電力消費により熱を発する。上記の構成を有する発光装置は、 発光素子から発生する熱をリード電極を介して基板側に逃すことができる。 しかしながら、 その放熱効果は十分に満足できるものではなく、 発光素子の出 力を向上させようと上記のような発光装置に大電流を投下すると、 パッケージに よる放熱効果が十分でないため発光素子の温度は上昇し、 素子の動作速度や周囲 に存在する樹脂の劣化等を引き起こしてしまう。
これに対して、 従来、 高い信頼性を有するパッケージとしてキャンタイプ ·パ ッケージが用いられている。
例えば、 図 1 2に示す如き、 凸形状の金属ベース 1 0と、 該金属ベース 1 0の 厚さ方向に形成された貫通孔にガラス等の絶縁体 3を介して気密絶縁的に封着さ れたリード電極 2とを有する半導体装置用ステムが用いられる。 このようなステ ムの上面に発光素子 1を電気的に接続させる。 これを底部側に鍔部を有する窓付 き缶 1 1にて気密封止する。
上記の如く構成された発光装置は、 パッケージが金属にて構成され且つ内部が 中空であるため、 構成材料に樹脂を用いた場合と比べ非常に高い信頼性を有し、 ワイヤ断線防止、 耐湿性、 耐熱性、 及び放熱性に優れている。 このため、 発光装 置に流す電流量を増加させ出力向上を図ることが可能である。
しかしながら、 近年、 高密度実装に対応するために発光装置の小型化 ·薄型化 が望まれており、 これに応じて表面実装タイプの発光装置がリ一ドタイプの発光 装置に代えて要求されている。 発明の開示
本発明は、 高い信頼性を有し且つ高輝度に発光することが可能である薄型の表 面実装型発光装置を提供することを目的とする。
そこで本発明は、 発光素子と、 前記発光素子を収納する凹部と少なくとも 1つ の貫通孔を有するベース部とからなる金属パッケージと、 前記貫通孔内に絶縁部 材を介して挿入されたリード電極とを有する発光装置であって、 前記リード電極 の少なくとも底面は、 前記ベース部の底面から突出しており、 且つ前記凹部の底 面とほぼ同一平面上にあることを特徴とする。 これにより、 実装性が良好で且つ 信頼性の高い発光装置が得られる。
また更に、 前記リード電極の上面側は、 前記ベース部の主面から突出している と、 ワイヤーボンディングの精度が向上され好ましい。
また、 前記ベース部の膜厚は、 前記凹部の底面厚より厚いことを特徴とする。 これにより、 高い放熱性と強い強度を共有することができ、 歩留まりの優れた 発光装置が得られる。
また、 前記凹部の内壁は、 テーパー形状であることが好ましく、 これにより発 光素子からの光取り出し効率が更に向上される。
また、 前記凹部内に前記発光素子を被覆する透光性封止部材を有し、 且つ前記 封止部材中に前記発光素子からの光の一部を吸収して異なる波長を発光すること が可能な蛍光物質が含有されていることを特徴とする。
本発明で用いられる金属パッケージの一部に設けられた凹部は、 発光素子を収 納することが可能な最小限の容積であり且つ優れた放熱性を有するため、 前記透 光性部材に有機物を用いても大電流を投下することが可能である。 前記透光性部 材を発光素子の周囲に配置させることにより、 光が集光され、 高輝度に発光する ことが可能で且つ信頼性の高い色変換型発光装置が得られる。
また、 金属パッケージの主面側に、 透光性窓部と金属部とからなるリツドを有 し、 前記透光性窓部は前記凹部と対向しており且つ前記凹部の内壁の延長線と交 わることを特徴とする。 これにより、 発光素子から発光され前記凹部の内壁で反 射散乱された光を効率よく外部に取り出すことができる。
また、 前記金属パッケージは、 熱伝導率が 1 O WZm · K以上 1 0 O WZm · K以下で且つ熱膨張率が 0 . 0 5 X 1 0— 4Zdeg以上 0 . 2 0 x l O _4Zdeg以 下であることを特徴とする。 これにより、 信頼性を損なうことなく大電流を投下 することが可能な発光装置が得られる。
また、前記凹部は、隣接するべ一ス部より突出した縁部を有することを特徴とす る。 これにより、 パッケージの主面側領域を有効利用し、 更に光取り出し効率を高 めることができる。
また、前記透光性窓部は、前記発光素子の一側面と対向する前記凹部内壁の立ち 上がり地点である屈曲点と、該屈曲点と前記発光素子を介して向かい合う前記凹部 内壁の最上端点とを結ぶ直線の延長線と交わることを特徴とする。 これにより、 前 記内壁にて反射散乱され大きく方向転換された光をも前記透光性窓部から外部へ 取り出すことができる。
また本願発明の発光装置は、発光素子と、前記発光素子が載置される薄肉部と該 薄肉部から外部へ延在した厚肉部とを有する金属パッケージと、前記厚肉部に絶縁 部材を介して一体的に設けられたリード電極とを有する発光装置であって、前記リ ード電極の底面は、前記厚肉部の底面より下方に位置し、且つ前記薄肉部の底面と ほぼ同一平面上に位置していることを特徴とする。 これにより、発光素子から生じ る熱を熱抵抗の小さい前記薄肉部から効率よく外部へ放熱することができる。 また、前記薄肉部主面は前記厚肉部主面とほぼ平行をなし、 これらの境界部主面 は屈曲していることを特徴とする。 これにより、前記薄肉部と前記厚肉部との熱抵 抗差が大きくなり、 さらに放熱性が向上される。
図面の簡単な説明
図 1は本発明の発光装置を示す模式的平面図及び模式的断面図である。
図 2は本発明の他の発光装置を示す模式的平面図及び模式的断面図である。 図 3は本発明の他の発光装置を示す模式的平面図及び模式的断面図である。 図 4は本発明の他の発光装置を示す模式的断面図である。
図 5は本発明の他の発光装置を示す模式的断面図である。
図 6は本発明の他の発光装置を示す模式的断面図である。
図 7は本発明の他の発光装置を示す模式的断面図である。
図 8は本発明の他の発光装置を示す模式的断面図である。
図 9 ( a ) は本発明の他の発光装置を示す模式的平面図である。
図 9 ( b ) は図 9 ( a ) の A— A '線における模式的断面図である。
図 1 0は本発明の他の発光装置を示す模式的断面図である。
図 1 1は図 1 0の発光装置を形成する一工程を示すも模式図である。
図 1 2は本発明と比較のために示す発光装置の模式的断面図である。
図 1 3は本発明と比較のために示す発光装置の模式的断面図である。 図 14は図 10の発光装置を形成する一工程に用いられる装置を示す模式図で ある。
図 1 5は本願発明の一発光装置が高熱伝導性基板に実装された模式的平面図で ある。
発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照にして、 本発明に係る実施の形態について説明する。
図 5に、 本発明の実施の形態に係る発光装置を示す。
パッケージ 5は金属からなり、 中央部に発光素子を収納するための凹部 aを有 する。 また、 前記凹部の周辺部であるベース部 bは、 厚さ方向に貫通された貫通 孔を 2つ有し、 それぞれの貫通孔は前記凹部を挟んで対向している。 該貫通孔内 には、 絶縁部材 3である硬質ガラスを介して正及び負のリード電極 2がそれぞれ 挿入されている。
尚、 前記リード電極 2の両端部は前記ベース部表面から突出しており、 且つ前 記リード電極の底面は前記凹部の底面と略同一平面上に位置している。 本明細書 では、 前記パッケージの凹部開口方向の各部材表面を主面とし、 該主面と対向す る反対側の表面を背面または底面と表現する。
このように構成された金属パッケージの主面側において、 前記凹部内に発光素 子 1である LEDチップを配置し、 前記 LEDチップの各電極をワイヤ 4にて各 リード電極 2と電気的に接続する。 このようにして導電可能とされたパッケージ の主面側を、 透光性窓部 7を有するリツド 6にて気密封止している。
ここで、 前記透光性窓部 7には、 無機蛍光体や有機蛍光体等の種々の蛍光物質 8を含有させることが出来る。 このような蛍光物質 8の一例として、無機蛍光体で ある希土類元素を含有する蛍光体がある。希土類元素含有蛍光体として、具体的に は、 Y、 Lu、 S c、 L a、 Gd及び Smの群から選択される少なくとも 1つの元 素と、 Aし Ga、 及び I nの群から選択される少なくとも 1つの元素とを有する ざくろ石型蛍光体が挙げられる。特に、 セリウムで付活されたイットリウム ·アル ミニゥム酸化物系蛍光体が好ましく、 所望に応じて Ceに加え Tb、 Cu、 Ag、 Au、 Fe、 C r、 Nd、 Dy、 N i、 T i、 Eu、 および P r等を含有させるこ とも可能である。 ここでは、 前記 LEDチップからの光の少なくとも一部を吸収 して異なる波長を発光することが可能な蛍光物質 8が含有されている。 このよう に、 パッケージの構成材料及び蛍光物質のバインダー等に有機物を用いることな く無機物のみで構成された発光装置は、 熱や光による構成部材の劣化を回避する ことができ、 飛躍的に高い信頼性を有することができる。
以下、 本発明の実施形態における各構成について詳述する。
<発光素子 1>
本発明において発光素子 1は特に限定されないが、蛍光物質を用いた場合、該蛍 光物質を励起可能な発光波長を発光できる発光層を有する半導体発光素子が好ま しい。このような半導体発光素子として ZnS eや GaNなど種々の半導体を挙げ ることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導 体 （I nxA 1 YG a ^ X_YN、 0≤X、 0≤Y、 X + Y≤ 1 ) が好適に挙げられる。 また所望に応じて、前記窒化物半導体にボロンやリンを含有させることも可能であ る。 半導体の構造としては、 MI S接合、 P I N接合や pn接合などを有するホモ 構造、 ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料 やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。 また、半導体活性層 を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とす ることもできる。
窒化物半導体を使用した場合、 半導体用基板にはサフアイャ、 スピネル、 S i c、 S i、 ZnO、 および GaN等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半 導体を量産性よく形成させるためにはサフアイャ基板を用いることが好ましい。こ のサフアイャ基板上に MOCVD法などを用いて窒化物半導体を形成させること ができる。サファイア基板上に GaN、 A 1 N、 G a A I N等のバッファ一層を形 成しその上に pn接合を有する窒化物半導体を形成させる。
窒化物半導体を使用した P n接合を有する発光素子例として、バッファ層上に、 n型窒化ガリゥムで形成した第 1のコンタクト層、 n型窒化アルミニウム ·ガリウ ムで形成させた第 1のクラッド層、窒化ィンジゥム ·ガリゥムで形成した活性層、 P型窒化アルミニウム ·ガリゥムで形成した第 2のクラッド層、 p型窒化ガリゥム で形成した第 2のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などが挙げら れる。
窒化物半導体は、不純物をドープしない状態で n型導電性を示す。発光効率を向 上させるなど所望の n型窒化物半導体を形成させる場合は、 n型ドーパントとして S i 、 G e、 S e、 T e、 C等を適宜導入することが好ましい。 一方、 p型窒化物 半導体を形成させる場合は、 p型ドーパントである Z n、 M g、 B e、 C a、 S r、 B a等をドープさせる。窒化物半導体は、 p型ドーパントをド一プしただけでは p 型化しにくいため p型ドーパント導入後に、炉による加熱やブラズマ照射等により 低抵抗化させることが好ましい。電極形成後、半導体ウェハ一からチップ状にカツ 卜させることで窒化物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
本発明の発光ダイオードにおいて、 白色系を発光させるには、蛍光物質からの発 光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して、発光素子の発光波長は 4 0 0 n m以上 5 3 0 n m以下が好ましく、 4 2 0 n m以上 4 9 0 n m以下がより好ま しい。発光素子と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、 4 5 0 n m以上 4 7 5 n m以下がさらに好ましい。
なお本発明では、パッケージ本体は金属のみにて構成されているため紫外線によ る構成部材の劣化を抑制することができる。よって、本発明の発光装置に近紫外ま たは紫外線領域を主発光波長とする発光素子を用い、前記発光素子からの光の一部 を吸収して他の波長を発光することが可能な蛍光物質とを組み合わせることで、色 ムラの少ない色変換型発光装置が得られる。 ここで、前記蛍光物質を発光装置にバ インダーする際には、比較的紫外線に強い樹脂や無機物であるガラス等を用いるこ とが好ましい。
ぐ金属パッケージ 5 >
本実施の形態の発光装置に用いられる金属パッケージ 5は、 発光素子を収納す る凹部 aと、 リード電極が配置されたベース部 bとからなる。 前記凹部の底面と 前記リード電極の底面はほぼ同一面上に位置している。
発光装置において、 発光素子から発せられる熱の放熱性及びパッケージの小型 化を考慮すると、 金属パッケージは薄肉で形成されることが好ましい。 一方、 パ ッケージ材料の金属と該金属と隣接する絶縁部材との熱膨張率等の差を緩和させ 信頼性を向上させるためには、 それぞれの接触面を大きくする必要があり、 金属 パッケージは厚肉で形成されることが好ましい。 そこで本発明者は、 金属パッケ ージにおいて、 発光素子が配置される部分とリード電極を固定する部分とを分別 し、それぞれの領域において目的に合わせて形状及び肉厚を設定することにより、 信頼性の向上を図る。
以下、 それぞれの構成部材について詳述する。
ぐ凹部 a >
本実施の形態の発光装置に用いられるパッケージは、 中央部に、 発光素子を収 納し前記発光素子からの発熱を良好に放熱することが可能な凹部を有する。 前記 凹部底面は、 発光装置の実装面、 つまりリード電極の底面とほぼ同一平面上に位 置しており、 実装用基板 2 7の表面と接するように構成されている。 このように 構成することにより、 実装用基板 2 7の表面に配線 2 9とは別途高熱伝導性領域 2 8を設け、 該高熱伝導性領域 2 8と前記凹部底面とを導電性部材にて固着する ことにより、 発光素子からの発熱を直接実装基板へと放熱することができ、 発光 素子への電流投下量を増大させ出力向上を図ることができる。 また、 金属パッケ ージの背面に導電性を有する支持体を設ける場合は、 前記支持体も前記凹部底面 と同様に前記高熱伝導性領域 2 8と導電性部材にて固着することが好ましい。 また前記凹部底面の膜厚は、 良好な放熱性を有するように外周部に相当するべ ース部より薄肉に形成されている。 これにより、 前記薄肉部と前記ベース部であ る厚肉部とに熱抵抗差を設けることができ、 効率よく前記薄肉部より放熱するこ とができる。 前記凹部底面である薄肉部の膜厚は、 0 . 0 5 mm〜0 . 2 mmが 好ましく、 より好ましくは 0 . 0 5 mm〜0 . 1 mmである。 このように設定さ れた凹部底面は熱抵抗が低く好ましい。 このように、 本発明の発光装置は、 発光 素子からの発熱を外部より熱抵抗が低く設定された領域より短い放熱経路にて直 接実装基板に放熱することを可能とし、 低熱抵抗化を実現している。 また、 前 記凹部底面である薄肉部主面は前記ベース部である厚肉部主面とほぼ平行をなし、 これらの境界部主面である凹部の内壁は屈曲している。 これにより、前記薄肉部と 前記厚肉部との熱抵抗差が大きくなり、 さらに放熱性を向上させることができる。 前記凹部は、 発光装置の中央部に位置することが好ましく、 これにより良好な 指向特性が得られる。
また凹部は、 前記発光素子全体を収納することが可能な容積を有することが好 ましい。 これにより、 発光素子の四方側面から発光される光を前記凹部内壁にて 良好に正面方向へ取り出すことができる。 これにより、 特に窒化物半導体からな る発光素子にみられる発光ムラや色むらを改善することができ好ましい。 また、 色変換層を用いて発光素子の波長を変換させる場合、 前記凹部内に配置された前 記発光素子全体を色変換層で容易に被覆することが可能となる。 また、 前記凹部 内に前記発光素子を被覆する透光性部材を設けると、 光の取り出し効率が向上さ れ好ましい。 本実施の形態では、 前記透光性部材に前記発光素子から発光される 光の一部を吸収し他の波長を発光することが可能な蛍光物質を含有されてなる色 変換層にて前記発光素子を被覆している。本発明に用いられる金属パッケージは、 特に発光素子が配置される凹部の放熱性が優れているため、 前記色変換層の各部 材は無機物に限らず有機物を用いることも可能であり、 大電流投下による前記有 機物の劣化はほとんどおこらず、 良好な光学特性が得られる。 また、 前記凹部の 内壁は、 容積が開口側へいくほど大きくなるようにがテーパー形状であることが 好ましく、 これにより更に高輝度に発光することが可能な発光装置が得られる。 一方、 外壁側である前記凹部の背面は、 逆凸形状となっており、 凹部底面とリ ード電極の底面との間に溝を有することが好ましく、 これにより、 実装基板に実 装する際、 各リード電極間で短絡が生じることを防止することができ、 信頼性高 く良好に実装することが可能となる。 前記溝がない場合、 前記リード底面に付着 される半田が隣接するベース部等に付着し各電極間の絶縁が取れなくなりショー 卜してしまう恐れがある。
前記凹部は、 例えば金属平板に絞り加工を施すことにより構成される。 本実施 の形態では、 金属平板の主面方向から絞り加工を施して金属を背面方向に流し凹 部を形成する。 この流れた金属が凹部底面の一部となるように構成することで、 実装面の面積を大きくすることができるとともに、 凹部側面の底面側の膜厚を厚 くすることができる。 具体的には、 実装面を構成する凹部の膜厚は、 主面側が平 坦である発光素子載置部は薄く、 主面側が凹部の側壁の一部である前記発光素子 載置部の外周部は厚く構成されている。 これにより、 放熱性が向上される他、 パ ッケージの機械的強度が増し、 好ましい。 また、 精度良く実装することが可能と なり、 好ましい指向特性が得られる。
<ベース部 b >
本明細書では、 金属パッケージにおいて前記凹部 aを囲む平板部分をベース部 とする。 前記ベース部は、 厚さ方向に貫通された貫通孔を少なくとも 1つ有す る。 前記貫通孔はリード電極を固定するためのものであり、 本実施の形態の発光 装置は、 前記貫通孔を 2つ有する。 それぞれの貫通孔は、 凹部 aを挟んで対向し て設けられ、 各内部に絶縁体を介して正又は負のリード電極がそれぞれ挿入され ている。 このように構成することにより、 各リード電極間の中心に発光素子を配 置させることができ、 良好な指向特性が得られる。
ここで、 本発明の発光装置の正及び負のリード電極は、 少なくとも一方がベー ス部の貫通孔内に絶縁体を介して挿入されていれば良く、 図 2の如く他方のリー ド電極は金属パッケージと一体成形されていてもよい。 このように構成すると、 熱発生源であるパッケージ凹部の発光素子配置面から前記他方のリード電極まで 絶縁体を有さず連続した材料にて構成されているため、 熱が良好に分散され、 前 記凹部底面、 前記他方のリード電極底面、 及びそれらの間の背面から良好に熱を 放熱することができる。
また、本発明の発光装置において、金属パッケージのベース部の膜厚は前記凹部 の底面厚より厚いことを特徴とする。 ベ一ス部の厚みは 0 . 3 mm〜 l . 0 mmが 好ましく、 より好ましくは 0 . 5 mm〜 l . 0 mmである。 0 . 3 mmより薄い場 合、パッケージ全体の強度が低下してしまう。 またリツドとの溶接時に起こる応力 歪により溶接界面にクラックが生じる恐れがあり、このように気密性が不完全にな ると、水分が内部に侵入しワイヤや発光素子が腐食され信頼性が低下してしまう。 また 1 . 0 mm以上の膜厚にすると、前記溶接界面にパルス電流が伝わりにくくな り、 シールが不完全になる恐れがある。 また発光装置が厚型化するとともにコスト が高くなる。
また、 前記ベース部の外側縁部は、 ベース部底面に沿って鍔部を有することが 好ましい。 このように構成することにより、 前記鍔部を設けることにより露出さ れるパッケージ端面と発光面側に配置されるリツドの内壁、 及び前記鍔部の上面 と前記リツド上面とが合わさり、 これらの位置決めを容易に行うことができ、 量 産性が向上され好ましい。
また、 前記ベース部の背面側に支持体を設けても良い。 前記背面側から突出し ている各リード電極の間に、 前記支持体がそれぞれ均等間隔で配置されると、 発 光装置の実装安定性が向上され好ましい。 前記支持体は、 前記ベース部と同様の 材料にて構成されることが好ましく、これにより発光装置の放熱性が向上される。 このような支持体は、 例えば前記べ一ス部の主面側からプレス加工を施して背面 側へ金属の一部を流すことにより容易に形成することができる。
前記リード電極及び金属パッケージの熱伝導率はそれぞれ、 1 O W/m · K以 上 1 0 O WZm · K以下の範囲であることが好ましく、 より好ましくは 1 5 WZ m · K以上 8 0 W/m · K以下、更に好ましくは 1 5 W/m · K以上 5 0 W/m · K以下である。、信頼性を維持しながら大電流を長時間投下することが可能な発光 装置が得られる。
またそれぞれの熱膨張率は、 0 . 0 5 X 1 0— 4ノ(1 e g以上 0 . 2 O X 1 0一 V d e g以下の範囲であることが好ましい。
金属パッケージの熱膨張率は、 前記絶縁部材の熱膨張率と同様の値か、 若しく は大きい値であることが好ましい。 前者の場合、 互いの部材が破損されることな く熱密着させることができる。 また後者の場合、 これらの熱膨張率の差が 0 . 0 1 X 1 0— 4ノ d e g以下であれば、 互いの接触面積を出来るだけ大きくすること で熱膨張率の差による破損を回避しつつ前記熱膨張率の差の効果によりほどよく 金属パッケージが貫通孔の内部方向に収縮され、 前記貫通孔の内壁に基材の酸化 膜を設けなくても、 前記金属パッケージと前記絶縁部材とを密着させることがで きる。 これにより、 作業工程が簡略化され生産性が良好な発光措置が得られる。 また、 金属パッケージの基材は、 強い強度を有することが好ましく、 これによ り薄型のパッケージを信頼性高く形成することができる。 金属パッケージの好ま しい基材として、 コバール、 鉄などが挙げられる。 コバールとは F e— N i— C o合金であり、絶縁部材に用いられる低融点ガラスと近似の熱膨張率を有するので 良好に気密封止を行うことができる。これら基材の最表面には A gメツキを施すこ とが好ましい。 このように構成すると、 パッケージ表面の光反射散乱率が向上され る他、 A g層が溶接用ろう材となり、 発光素子、 ワイヤ、 及びリツドと、 金属パッ ケージ本体との密着性が向上され好ましい。更に、発光素子からの光が照射される パッケージの主面側は A g層を光沢にメツキし、他の部材との密着性を高めたい部 分のみの A g層を無光沢にメツキすると、 これらの効果は増殖される。
本発明で用いられる金属パッケージは、 上記のように構成され、 これにより高い 信頼性を有する発光装置を安価に得ることができる。
<リード電極 >
本発明の発光装置は、 正及び負のリード電極を有し、 そのうちの少なくとも一 方は、 金属パッケージのベース部と絶縁部材を介して一体的に設けられる。 例え ば、 前記ベース部に貫通孔を設け、 該貫通孔内に絶縁部材を介して挿入されてい る。 前記リード電極の先端部は、 前記ベース部の表面から突出しており、 且つ前 記リード電極の底面は前記凹部の実装面側底面と略同一平面上に位置している。 リード電極 2のワイヤ接続面である上面は、 0 . 0 2 mm2〜0 . 2 mm 2の範 囲の面積を有することが好ましく、 より好ましくは 0 . 0 5 mm 2〜0 . 1 5 m m 2である。 このように構成されることにより、 ワイヤボンディングの精度が良 好で且つ小型化の発光装置が得られる。
また、 リード電極の実装面側である底面が前記ベース部背面から突出している 場合、 前記底面は前記上面より広い面積を有するように構成することができる。 このように構成すると、前記リ一ド電極が発光装置の支持体の役割を兼ね合わせ、 安定して表面実装することが可能となると共に、 実装基板との接触面積が広くな るため放熱性が向上される。 このような形状のリード電極は、 例えば柱状に形成 されたリ一ド電極の底面側をプレス加工することにより得ることができる。 リー ド電極の底面側の好ましい形状として、 逆 T字型、 末広がり型、 逆テ一パ型等が 挙げられる。
くリツド 6 >
本実施の形態の発光装置は、 金属パッケージの主面側に、透光性窓部 7と金属部 とからなるリツド 6を有する。 前記窓部 7は、 発光装置の発光面であり中央部に配 置されることが好ましい。
本実施の形態において、 前記窓部は、 前記金属パッケージの凹部に配置された発 光素子の上面に位置しており、 前記凹部の内壁の延長線と交点を有する。前記発光 素子の端部からから発光される光は、前記凹部の側面にて反射散乱され正面方向に 取り出される。 これらの反射散乱光の存在範囲は、 ほぼ前記凹部の側面の延長線内 であると考えられる。そこで、 上記のように発光面である窓部の面積を調整するこ とにより、 前記反射散乱光は効率よく前記窓部に集光され、 高輝度な光を発光する ことが可能な発光装置が得られる。
リッドの基材は、パッケージ本体及び窓部の透光性部材と熱膨張係数が近似して いることが好ましい。 また、 リツドの材質の表面は基材の保護膜として N iメツキ 層を有することが好ましい。
上記リツドは、 例えば、 カーボン製の封着治具を用いて、 リツド本体に形成され た開口部内にタブレツト状のガラスを配置し通炉させることによりガラスとリッ ド本体とを気密絶縁的に封着させることができる。
リッドの形状は、パッケージの溶接部と密接可能な滑らかな平面を有し且つパッ ケージを気密封止できれば特に限定されるものではない。中央部が凸形状のリッド を用いると、前記リッドの窓部の背面に色変換部材を良好にバインダーさせること ができ、 歩留まり良く発光装置を形成することができる。 また、 凸形状のリツドに 柔軟性を有する部材を注入し、金属パッケージに電気的に接続された発光素子を挿 入して一体化させると、 耐熱応力に優れた発光装置が得られる。
更に、 前記窓部表面を図 7の如く曲線を帯びたレンズ形状とすると、光の収束が 良好となり、 正面方向の光度が高い発光装置が得られる。 例えば、 青色 L E Dチッ プが載置された金属パッケージに、指向角が 4 5度程度に設定され且つ背面に前記 青色の光の一部を吸収し黄色の光を発光する蛍光物質を固着されてなる砲弾側レ ンズを載置すると、これらの混色により高輝度に白色ビームを発光することが可能 な小型化発光装置が得られる。 このような発光装置は、携帯電話等の小型機械に備 えられた描写機能に必要とされるフラッシュの用途に用いることができる。
<蛍光物質 8 >
本発明の発光装置は、発光素子と該発光素子から発光される光の少なくとも一部 を吸収し他の光を発光することが可能な蛍光物質とを組み合わせることにより、所 望の色調を有する光を得ることができる。 また、 蛍光物質は、拡散剤や顔料等他の 部材と互換性を有しており、またこれらを組み合わせて用いることも可能である。 これらの配置例として、前記リツドの窓部の部材に、蛍光物質 8等の他物質を含有 させてもよいし、前記窓部の内部表面にバインダーを用いて前記他物質層を塗布し てもよい。 また金属パッケージの凹部内に樹脂等に含有させて配置させてもよい。 ここで、 本実施例で用いられている蛍光物質について詳述する。
本実施例の発光装置では、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発 光された光を励起させて発光できるセリウムで付活されたイットリウム ·アルミ二 ゥム酸化物系蛍光物質をベースとした蛍光物質を用いている。
具体的なイットリウム ·アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、 YA 103 ： Ce Y3A 15012： C e (YAG： C e) や Y4 A 12〇9： C e、 更にはこれら の混合物などが挙げられる。イットリウム，アルミニウム酸化物系蛍光物質に B a S r Mg C a Z nの少なくとも一種が含有されていてもよい。 また、 S iを 含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることが できる。
本明細書において、 C eで付活されたィットリウム'アルミニウム酸化物系蛍光 物質は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、 Lu S c La Gd及び Smからなる群から選ばれる少なくとも 1つの元素に置換さ れ、 あるいは、 アルミニウムの一部あるいは全体を B a Tし G a, I nの何れ が又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
更に詳しくは、 一般式 （YzGd J 3A 15〇12 ： Ce (但し、 0<ζ≤1) で 示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式 （Re a SmJ 3 R e '5〇12 ： C e (但し、 0≤a<l、 0≤b≤ 1, R eは、 Y、 Gd、 La、 S cから選択さ れる少なくとも一種、 Re' は、 A l、 Ga、 I nから選択される少なくとも一種 である。） で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。
この蛍光物質は、 ガーネット構造 （ざくろ石型構造） のため、 熱、 光及び水分に 強く、 励起スペクトルのピークを 450 nm付近にさせることができる。 また、 発 光ピークも、 580 nm付近にあり 700 n mまですそを引くブロードな発光スぺ クトルを持つ。
またフォトルミネセンス蛍光体は、 結晶中に Gd (ガドリニウム） を含有するこ とにより、 460 nm以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。 G dの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波 長側にシフトする。 すなわち、 赤みの強い発光色が必要な場合、 Gdの置換量を多 くすることで達成できる。 一方、 Gdが増加すると共に、 青色光によるフォトルミ ネセンスの発光輝度は低下する傾向にある。 さらに、所望に応じて Ceに加え Tb、 Cu、 Ag、 Au、 Fe、 C r、 Nd、 Dy、 Co、 N i、 T i、 Euらを含有さ せることもできる。
しかも、 ガーネット構造を持ったイットリウム ·アルミニウム 'ガーネット （ざ くろ石型）系蛍光体の組成のうち、 A 1の一部を G aで置換することで発光波長が 短波長側にシフトする。 また、 組成の Yの一部を Gdで置換することで、 発光波長 が長波長側にシフトする。
Yの一部を Gdで置換する場合、 Gdへの置換を 1割未満にし、 且つ C eの含有
(置換） を 0. 03から 1. 0にすることが好ましい。 Gdへの置換が 2割未満で は緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、 C eの含有量を増やすことで赤色成 分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。 このような 組成にすると温度特性が良好となり発光ダイォードの信頼性を向上させることが できる。 また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネセンス蛍光体 を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能な発光装置を形成すること ができる。
このようなフォトルミネセンス蛍光体は、 Y、 Gd、 A l、 及び Ceの原料とし て酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で 十分に混合して原料を得る。 又は、 Y、 G d、 C eの希土類元素を化学量論比で酸 に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化ァ ルミ二ゥムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウム やフッ化アンモニゥム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中 1 3 5 0〜 1 4 5 0 ° Cの温度範囲で 2〜5時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中で ボールミルして、 洗浄、 分離、 乾燥、 最後に篩を通すことで得ることができる。 本願発明の発光装置において、 このようなフォトルミネセンス蛍光体は、 2種類 以上のセリウムで付活されたイツトリウム ·アルミニウム 'ガ一ネット （ざくろ石 型） 蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよい。
また、本発明で用いられる蛍光物質の粒径は 1 0 ^ m〜5 0 mの範囲が好まし く、 より好ましくは 1 5 / m〜3 0 mである。 1 5 mより小さい粒径を有する 蛍光物質は、 比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降さ れるため、 光の透過効率を減少させてしまう。 本発明では、 このような蛍光物質を 有しない蛍光物質を用いることにより蛍光物質による光の隠蔽を抑制し発光装置 の出力を向上させる。また本発明の粒径範囲である蛍光物質は光の吸収率及び変換 効率が高く且つ励起波長の幅が広い。 このように、光学的に優れた特徴を有する大 粒径蛍光物質を含有させることにより、発光素子の主波長周辺の光をも良好に変換 し発光することができ、 発光装置の量産性が向上される。
ここで本発明において、粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であ る。 前記体積基準粒度分布曲線は、 レーザ回折 ·散乱法により粒度分布を測定し得 られるもので、 具体的には、 気温 2 5 ° (：、 湿度 7 0 %の環境下において、 濃度が 0 . 0 5 %であるへキサメ夕リン酸ナトリウム水溶液に各物質を分散させ、レーザ回折 式粒度分布測定装置 （S A L D— 2 0 0 O A) により、 粒径範囲 0 . 0 3； u m〜7 0 0 mにて測定し得られたものである。この体積基準粒度分布曲線において積算 値が 5 0 %のときの粒径値であり、本発明で用いられる蛍光物質の中心粒径は 1 5 m〜 5 0 mの範囲であることが好ましい。 また、 この中心粒径値を有する蛍光 物質が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は 2 0 %〜5 0 %が好まし レ^ このように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることにより色ムラが抑制 され良好な色調を有する発光装置が得られる。
蛍光物質の配置場所は特に限定されず、リッドの窓部の背面にバインダーしても 良いし、 リツドの窓部の材料に直接含有させても良い。 また、 比較的熱による劣化 の少ない樹脂やガラス等の無機物に蛍光物質を含有させ発光素子を覆うようにパ ッケージ凹部内に充填させてもよい。本発明のパッケ一ジは金属からなり放熱性に 優れているため、凹部内に配置された発光素子の周囲に樹脂等を用いて蛍光物質を 充填させても構成部材はほとんど熱に劣化されることなぐ樹脂及び蛍光物質の本 来の作用を最大限に利用することができる。
リッドの窓部に直接蛍光物質を含有させるには、例えば、 リッド本体に開口部を 設け、該開口部にガラスのパウダー状若しくはペレツト状のものと粉末の蛍光物質 との混合物を配置させ、 プレス加工により一括成型させる。 これにより蛍光物質含 有の窓部が形成される。 また、ガラスペーストに蛍光物質を混合したものを配置し て焼成しても良い。
また、リッドの窓部の背面や発光素子の表面にバインダ一にて蛍光物質を付着さ せる場合、前記バインダーの材質は特に限定されず、有機物及び無機物のいずれを も用いることができる。
バインダーとして有機物を使用する場合、 具体的材料として、 エポキシ樹脂、 ァ クリル樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂が好適に用いられる。 特にシリコーン樹脂を用いると信頼性に優れ且つ蛍光物質の分散性を向上させる ことができ好ましい。 またエラストマ一状またはゲル状の部材を用いると、耐熱応 力に優れた発光装置が得られる。
また、バインダーとして窓部の熱膨張率と近似である無機物を使用すると、蛍光 物質を良好に前記窓部に密着させることができ好ましい。具体的方法として、沈降 法ゃゾルーゲル法等を用いることができる。 例えば、 蛍光物質、 シラノール（S i (O E t ) 3 OH)、 及びエタノールを混合してスラリーを形成し、 該スラリーをノ ズルからリッドの窓部に吐出させた後、 3 0 0 にて 3時間加熱してシラノールを S i〇2とし、 蛍光物質を固着させることができる。 また、 無機物である結着剤をバインダーとして用いることもできる。結着剤とは、 いわゆる低融点ガラスであり、微細な粒子であり且つ紫外から可視領域のふく射線 に対して吸収が少なくバインダー中にて極めて安定であることが好ましく、沈殿法 により得られた細かい粒子であるアルカリ土類のほう酸塩が適している。
また、 大きい粒径を有する蛍光物質を付着させる場合、融点が高くても粒子が超 微粉体である結着剤、 例えば、 デグサ製のシリカ、 アルミナ、 あるいは沈殿法で得 られる細かい粒度のアルカリ土類金属のピロりん酸塩、正りん酸塩などを使用する ことが好ましい。
これらの結着剤は、 単独、 若しくは互いに混合して用いることができる。
ここで、 上記結着剤の塗布方法について述べる。 結着剤は、 結着効果を十分に高 めるため、ビヒクル中に湿式粉砕しスラリー状にして結着剤スラリーとして用いる ことが好ましい。前記ビヒクルとは、有機溶媒あるいは脱イオン水に少量の粘結剤 を溶解して得られる高粘度溶液である。例えば、有機溶媒である酢酸ブチルに対し て粘結剤であるニトロセルロースを 1 w t %含有させることにより、有機系ビヒク ルが得られる。
このようにして得られた結着剤スラリーに蛍光物質を含有させて塗布液を作製 する。塗布液中のスラリーの添加量は、 前記塗布液中の蛍光物質量に対して前記ス ラリ一中の結着剤の総量が 1〜 3 %w t程度であることが好ましい。結着剤の添加 量が多すぎると、光束維持率が低下する傾向にあるので、最小限の使用にとどめる ことが好ましい。
リッドの窓部背面に上記結着剤にて蛍光物質を固着させたい場合、前記塗布液を 前記窓部の背面に塗布し、 その後、 温風あるいは熱風を吹き込み乾燥させる。 最後 に 4 0 O ：〜 7 0 0 の温度でベ一キングを行い、 前記ビヒクルを飛散させる。 こ れにより前記窓部の表面に蛍光体層が前記結着剤にて付着される。
ぐ拡散剤 >
更に、 本発明において、 上記の色変換部材中に蛍光物質に加えて拡散剤を含有さ せても良い。 具体的な拡散剤としては、 チタン酸バリウム、 酸化チタン、 酸化アル ミニゥム、酸化珪素等が好適に用いられる。 これによつて良好な指向特性を有する 発光装置が得られる。
ここで本明細書において拡散剤とは、中心粒径が 1 n m以上 5 未満のものを いう。 1 m以上 5 m未満の拡散剤は、発光素子及び蛍光物質からの光を良好に 乱反射させ、大きな粒径の蛍光物質を用いることにより生じやすい色ムラを抑制す ることができ好ましい。 また、 発光スぺクトルの半値幅を狭めることができ、 色純 度の高い発光装置が得られる。 一方、 1 n m以上 1 / m未満の拡散剤は、 発光素子 からの光波長に対する干渉効果が低い反面、 透明度が高く、光度を低下させること なく樹脂粘度を高めることができる。 これにより、 ポッティング等により色変換部 材を配置させる場合、シリンジ内において樹脂中の蛍光物質をほぼ均一に分散させ その状態を維持することが可能となり、比較的取り扱いが困難である粒径の大きい 蛍光物質を用いた場合でも歩留まり良く生産することが可能となる。このように本 発明における拡散剤は粒径範囲により作用が異なり、使用方法に合わせて選択若し くは組み合わせて用いることができる。
<フイラ一 >
更に、本発明において、 色変換部材中に蛍光物質に加えてフィラーを含有させて も良い。 具体的な材料は拡散剤と同様であるが、 拡散剤と中心粒径が異なり、 本明 細書においてフィラーとは中心粒径が 5 以上 1 0 0 zz m以下のものをいう。こ のような粒径のフイラ一を透光性樹脂中に含有させると、光散乱作用により発光装 置の色度バラツキが改善される他、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。 これにより高温下での使用においても、発光素子と外部電極とを電気的に接続して いるワイヤーの断線や前記発光素子底面とパッケージの凹部底面と剥離等を防止 することができる信頼性の高い発光装置が得られる。更には樹脂の流動性を長時間 一定に調整することが可能となり所望とする場所内に封止部材を形成することが でき歩留まり良く量産することが可能となる。
また、フィラーは蛍光物質と類似の粒径及び Z又は形状を有することが好ましい。 ここで、 本明細書において類似の粒径とは、 各粒子のそれぞれの中心粒径の差が 2 0 %未満の場合をいい、類似の形状とは、 各粒径の真円との近似程度を表す円形度 (円形度 =粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さノ粒子の投影の周囲長さ）の値 の差が 20%未満の場合をいう。 このようなフィラーを用いることにより、 蛍光物 質とフィラーが互いに作用し合い、樹脂中にて蛍光物質を良好に分散させることが でき色ムラが抑制される。 更に、 蛍光物質及びフイラ一は、 共に中心粒径が 15 m〜50 m、 より好ましくは 20 m〜 50 mであると好ましく、 このように 粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることがで きる。 これにより光の取り出し経路が確保され、 フィラー混入による光度低下を抑 制しつつ指向特性を改善させることができる。
以下、 本発明に係る実施例の発光装置について詳述する。 なお、 本発明は以下に 示す実施例のみに限定されるものではない。
実施例 1.
図 1に示すような表面実装型の発光装置を形成する。 LEDチップは、 発光層と して単色性発光ピークが可視光である 475 nmの I η0.2Ga。. 8N半導体を有 する窒化物半導体素子を用いる。 より具体的には LEDチップは、 洗浄させたサフ アイャ基板上に TMG (トリメチルガリウム） ガス、 TMI (トリメチルインジゥ ム） ガス、 窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、 MOCVD法 で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。 ドーパントガス として S i H4と Cp2Mgを切り替えることによって n型窒化物半導体や p型窒 化物半導体となる層を形成させる。
L E Dチップの素子構造としてはサファイア基板上に、アンド一プの窒化物半導 体である n型 GaN層、 S i ドープの n型電極が形成され n型コンタクト層となる GaN層、 アンド一プの窒化物半導体である n型 GaN層、次に発光層を構成する バリア層となる GaN層、井戸層を構成する I nGaN層、 バリア層となる GaN 層を 1セッ卜とし GaN層に挟まれた I nGaN層を 5層積層させた多重量子井 戸構造としてある。発光層上には Mgがドープされた p型クラッド層として A 1 G a N層、 Mgがドープされた p型コンタクト層である G a N層を順次積層させた構 成としてある。 （なお、 サフアイャ基板上には低温で GaN層を形成させバッファ 層とさせてある。また、 p型半導体は、成膜後 400°C以上でァニールさせてある。） エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、 p n各コンタ ク卜層表面を露出させる。各コンタクト層上に、 スパッタリング法を用いて正負各 台座電極をそれぞれ形成させた。 なお、 P型窒化物半導体上の全面には金属薄膜を 透光性電極として形成させた後に、透光性電極の一部に台座電極を形成させてある。 出来上がった半導体ウェハーをスクライブラインを引いた後、外力により分割させ 半導体発光素子である L E Dチップを形成させる。
一方、中央部に凹部有し且つ前記凹部の両側にコバール製のリード電極が絶縁的 に気密絶縁的に挿入固定されたベース部とからなるコバール製パッケージを用い る。 前記パッケージ及びリード電極の表面には N i ZA g層が設けられている。 このようにして構成されたパッケージの凹部内に、 A g— S n合金にて L E Dチ ップをダイボンドする。 このように構成することにより、発光装置の構成部材を全 て無機物とすることができ、 飛躍的に信頼性の高い発光装置が得られる。
ここでダイポンドに用いられる接合部材は、 上記のような合金の他、導電性材料 が含有された樹脂又はガラス等を用いることができる。含有される導電性材料は A gが好ましく、含有量が 8 0 %〜9 0 %である A gペーストを用いると放熱性に優 れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。
次に、 ダイポンドされた L E Dチップの各電極と、パッケージ凹部底面から露出 された各リード電極とをそれぞれ A gワイヤにて電気的導通を取る。ここで本実施 例の発光装置は構成部材として有機物である樹脂を用いないため、 A 1ワイヤを用 いることも可能である。
次に、 パッケージの凹部内の水分を十分に排除した後、 中央部にガラス窓部を有 するコバ一ル製リッドにて前記凹部を封止しシーム溶接を行う。
このようにして得られた発光措置に対して信頼性試験を行うと、 I f = 5 0 0 m A下において 5 0 0時間経過した後に発光出力を測定すると、相対出力とほとんど 差が見られず、多くの電流を印可しても長時間高い出力を維持できる発光装置が得 られる。
実施例 2 .
金属パッケージを鉄にて構成し、ベース部の膜厚を凹部の底面厚より厚くする以 外は、実施例 1と同様にして発光装置を形成すると、実施例 1よりも放熱性に優れ 且つ強度の強い発光装置が得られる。これにより信頼性及び歩留まりが共に向上さ れ、 高出力を長時間に渡って維持できる発光装置が歩留まり良く得られる。
実施例 3.
図 4の如く、金属パッケージの凹部内壁側のみをテーパー形状とする以外は実施 例 2と同様にして発光装置を形成すると、実施例 2より発光出力及び機械的強度が 15 %向上される。
実施例 4.
透光性窓部を凸レンズ形状とする以外は実施例 3と同様にして発光装置を形成 すると、 実施例 3より正面光度が 50%向上される。
実施例 5.
図 5の如く、リツドの窓部に蛍光物質を含有させる以外は実施例 3と同様にして 発光装置を形成する。
ここで蛍光物質は、 Y、 Gd、 Ceの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶 解液を蓚酸で共沈させる。 これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニゥ ムと混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムを混合して 坩堝に詰め、空気中 1400° Cの温度で 3時間焼成して焼成品を得られる。焼成 品を水中でボールミルして、 洗浄、 分離、 乾燥、 最後に篩を通して中心粒径が 22 である （Y 0. 995 Gd 0. 005) 2. 750A 15〇12： C e 0. 250蛍光物質を形成 する。
このようにして得られた蛍光物質とパウダー状のシリカとを 1： 2の割合で混合 させ、 リツドに設けられた開口部に配置しプレス加工により一括成型させる。 こ のようにして得られた色変換型発光装置は、実施例 1と同様な効果が得られ、信頼 性が高く且つ高出力で白色光を発光することができる。
実施例 6.
ニトロセルロース 9 Owt %とァ_アルミナ 1 Owt %からなるスラリーに対 して上記蛍光物質を 5 Owt %含有させ、 リツドの透光性窓部の背面に塗布し、 2 20 にて 30分間加熱硬化させることにより色変換部材を構成する以外は実施 例 3と同様にして発光装置を形成すると、 実施例 5と同様の効果が得られる。 実施例 7 .
前記色変換部材を、蛍光物質が 5 O w t %含有されたシリコーン樹脂にて構成す る以外は実施例 6と同様にして発光装置を形成すると、実施例 6と同様な効果が得 られる。
実施例 8 .
前記色変換部材を、蛍光物質が 5 O w t %含有されたシリカ一ゲルを塗布して色 変換部材を形成する以外は実施例 6と同様にして発光装置を形成したところ、実施 例 6と同様の効果が得られる。
実施例 9 .
パッケージの凹部内に蛍光物質含有のシリコーン樹脂を充填させて色変換部材 を形成する以外は実施例 3と同様に発光装置を形成すると、実施例 5より正面光度 の高い発光装置が得られる。 また、 発光素子を樹脂にて被覆することにより、 点光 源を面光源とすることができ、光の混色性に優れているので、角度による色バラッ キがなく均一な発光が得られる。 また前記シリコーン樹脂として、 エラストマ一状 シリコーン樹脂またはゲル状シリコーン樹脂を用いると、耐熱応力に優れた発光装 置が得られ、 信頼性が向上される。
実施例 1 0 .
図 9に示すような表面実装型の発光装置を形成する。 鉄からなるベース状平板 の中心を、 背面側にテーパー形状の金型を設置した状態にて、 主面方向から絞り 加工を施して金属を背面および主面へと流し、 ベース部の膜厚より薄い底面厚を 有し且つ主面側において隣接するベース部より突出した縁部を有し内壁がテーパ —形状である凹部を一体成形する。 このように形成することにより、 信頼性およ び光取り出し効率に優れた発光装置を量産性良く得ることができる。
次に、 前記凹部を囲むベース部において、 一端面に沿って 2つの貫通孔を厚さ 方向に形成する。
一方、 主面側の面積が底面側の面積よりも広い、 T字形状のリード電極をコバ ールにて形成し、 表面に N i ZA uメツキを施す。 このようにして形成されたリ ード電極を主面側から前記貫通孔に挿入する。 ここで、 上記リード電極は丁字形 状であるため、 前記貫通孔内へ挿入する際に位置決めが容易であり、 リード電極 を精度良く固定することができる。 次に、 前記リード電極の主面側を該主面サイ ズと合致する凹部を有する炭素製治具に固定し、 前記貫通孔と前記リード電極と の界面にガラスを塗布し溶融し、 前記界面を気密封止する。 前記リード電極の主 面の面積は大きく設計されているため、 前記炭素製治具に安定性高く固定するこ とができる。 これにより、 前記界面の気密封止を精度良く行うことができる。 ま た、本実施例の発光装置は、パッケージの主面側は窒素ガスにて気密封止される。 これにより、 主面側において金属のマイグレーションは防止され、 リード電極の 主面側の面積を最大限に大きくすることが可能となる。 これにより、 各リード電 極の主面にワイヤをステッチボンディングして切断した後、 前記ステッチポンデ イング部を他の金属片にて補強することができる。 具体的には、 リード電極表面 に第 1のステッチボンディングを行いワイヤ切断した後、 前記第一のステッチポ ンディングの少なくとも一部を覆うように別途のワイヤにて補強用ポールを形成 し、 そのままワイヤを上部に引き上げるとともに前記補強用ポールの中心を介し て L E Dチップと接続されたワイヤと反対側へ移動させ、 前記補強用ポールを介 して前記第一のステッチボンディング上を覆うように第二のステッチボンディン グを行いワイヤを切断する。 このような補強金属片は、 第一のステッチボンディ ング部上に、 第二のポールボンディング部と第二のステッチボンディングとが、 全て一方向に並んで配置して構成されている。 これにより、 前記一方向にて、 各 ボンディングによる加重及び超音波印可、 つまり合計で 3度の加重及び超音波印 可が集中的に施され、 リード電極との密着強度を高めることができる。 また、 前 記第一のステッチボンディング部と前記第二のステッチボンディング部は、 前記 補強用ボールを介してほぼ対称であることが好ましく、 これにより第 1のステツ チボンディング部と第 2のステッチボンディングとの間に介される第 2のボール ボンディング部の膜厚はほぼ均等となり、 第 2のステッチボンディングによる加 重及び超音波印可を前記一方向において全面均等に伝達することができ、 満逼な く接合強度を強化することができる。 このようにボンディング補強を行うと、 各 ボンディング条件が良くない場合でも高い信頼性を維持することができる。 また、 リード電極の表面積を大きくできることから、 各リード電極表面上に複 数のワイヤを精度良くボンディングすることができる。 例えば、 発光領域を複数 有する大チップ型発光素子は、 大電流の投下により高出力にて発光することが可 能であるが、 発光とともに自己発熱を伴うため、 ワイヤにて電気的導電を取る場 合、 前記自己発熱によるワイヤ溶断を防止するため複数本のワイヤにて電気的接 続を取ることが好ましく、 本実施例のパッケージはこのような発光素子を信頼性 高く載置することができる。 また、 発光素子の静電耐圧を高めることを目的とし て、 前記ベース部に別途保護素子を載置する場合、 発光素子と保護素子とからそ れぞれリード電極へワイヤボンディングされ、 一つのリード電極の主面において 2以上のワイヤがボンディングされることとなるが、 本実施例のパッケージを用 いることにより、 信頼性が高く光学特性に優れた発光装置を量産性良く形成する ことができる。 一方、 底面側は空気と接触するため、 マイグレーションの発生を 考慮し表面積を小さくすることが好ましい。
また、 本実施例では、 上記各リード電極は、 パッケージの一端面に沿って配列 されている。 このように構成することにより、 実装基板の電極配線を簡易化する ことができると共に放熱させるための領域を広くすることができる。 また、 実装 パターンのバリエーションが豊富となり好ましい。 さらに、 信頼性を高めるため 発光素子とは別途に保護素子を載置する場合、 前記保護素子は前記一端面に沿つ て前記各リード電極の間に載置することが好ましい。 これにより、 前記保護素子 から前記各リード電極の主面へボンディングされるワイヤの長さを極力短くする ことができ、 光学特性へ悪影響を与えることなく信頼性を高めることができる。 また、 前記凹部の縁部主面は、 前記各リード電極の主面と略同一平面上に位置 していることが好ましく、 これによりワイヤボンディング精度を高めることがで き、 信頼性が高い薄型化発光装置が得られる。 また、 前記凹部の縁部のうち、 前 記凹部と前記各リード電極との間に位置する縁部の主面は、 前記べ一ス部主面よ りも低く構成されていることが好ましく、 更に主面と内壁とからなる角は Rを帯 びていることが好ましい。 これにより、 ワイヤのループ高さを更に低くすること ができ、 輝度向上と薄型化とを共に実現することができる。 このように部分的に 高さが調整された縁部は、 凹部形成時のプレス加工により一体成形することがで さる。
次に、 ベース部において、 前記各リード電極と前記凹部を介して対向する 2力 所に、 主面側からプレス加工を施し金属の一部を底面側へ流すことにより支持体 を形成する。 支持体の底面は、 前記リード電極底面及び凹部底面と略同一平面上 に位置している。 これにより、実装性および放熱性に優れた発光装置が得られる。 このようにして構成されたパッケージの凹部内に、 A g— S n合金にて、 同一 面側に正負の各電極を 2つずつ有する L E Dチップをダイボンドする。 L E Dチ ップは、 光を発光する側面が前記凹部の突出した縁部と対向するように載置する ことが好ましい。 具体的には、 チップの角が前記各リード電極と対向するように 載置する。 このように載置することにより、 光取り出し効率を低下させることな く発光装置の薄型化を実現することができる。 L E Dチップの 2つ正電極はそれ ぞれ一方のリ一ド電極の主面と A uワイヤにて導電をとり、 また 2つの負電極は それぞれ他方のリード電極の主面と A uワイヤにて導電を取る。 このように各電 極を 2つ以上有する発光素子は、 発光出力が優れている反面比較的多くのは発熱 量を伴うが、 本発明のパッケージは放熱性に優れているため信頼性を損なうこと なく高出力の発光装置を形成することができる。 また、 各リード電極の主面側の 面積を大きく形成しているため、 信頼性高く複数のワイヤをボンディングするこ とができる。 本実施例では、 各リード電極が一端部側に配列されているため、 所 望に応じてリード電極の主面積をさらに大きくしても、 一方向のみにパッケージ を大きくすればよく、 発光装置の大型化を最小限にとどめることができる。
次に、 パッケージの凹部内の水分を排除した後、 中央部にガラス窓部を有する コバール製リッドにて前記 L E Dチップおよびワイヤを被覆し、 窒素ガスにて気 密封止しシーム溶接を行う。
ここで、前記ガラス窓部は、前記凹部の内壁の延長線と交わることが好ましく、 さらには、 前記発光素子の側面と対向する前記内壁の立ち上がり地点と前記発光 素子を介して向かい合った前記内壁の最上端点とを結ぶ直線と交わることが好ま しい。 このように窓部の面積を設計することにより、 前記内壁にて反射散乱され た光を効率よく外部へ取り出すことができる。
このようにして得られた発光装置は、 実施例 3よりさらに高い発光出力および 機械的強度を有する。
実施例 1 1 .
図 1 0の如く、 発光素子である L E Dチップの表面および凹部内の平面上に実 施例 5と同様の蛍光物質 8 (Y 0. 9 9 5 G d 0. 0 0 5) 2. 7 5 0 A 1 50 1 2： C e 0. 2 5 0 と S i〇2を有する連続した色変換層を、 スプレーコーティングにより形成する以 外は、 実施例 1 0と同様にして発光装置を形成する。 ここで、 前記色変換層の形 成方法について詳述する。
工程 1 .
アルキルシリケ一トとしてメチルシリケ一ト、 ェチルシリケ一卜、 N—プロピル シリゲート、 N _ブチルシリケ一ト、 が使用できるが、 本実施例では、 S i〇2を 4 0 w t %含むェチルシリゲートを縮合させた無色透明のオリゴマー液体を使用 する。 また、 ェチルシリゲートは、 予め触媒存在下において水と反応させて加水分 解反応を起こしゾル化させたものを使用する。
まず、 ゾル状ェチルシリゲートとエチレングリコールと蛍光物質とが、重量比が 1 : 1 : 1の割合で混合された溶液を撹拌し塗布液を調整する。 ここで、 ゾル状ェ チルシリゲートは乾燥しやすいため、 ブ夕ノール、 エチレングリコールのような高 沸点（1 0 O ：〜 2 0 0 °C) の有機溶剤と混合することによりゲル化を防止するこ とが好ましい。 このように高沸点の有機溶剤と混合すると、 ゾル状ェチルシリケ一 卜のゲル化によるノズル先端部の目詰まりを防止し、作業効率を高めることができ る。
工程 2 .
上記塗布液を容器 1 8に入れ、循環ポンプ 2 0によって塗布液を容器からノズル 1 7に搬送する。 塗布液の流量はバルブ 1 9によって調節する。 ここで、 ノズル 1 7から噴出される霧状の塗布液は、霧状で且つ螺旋状に回転されながら吹き付けら れることを特徴とする。 具体的には、 ノズルの付近では円錐状に噴霧が広がり、 ノ ズルから離れるにつれて円柱状に広がる。 これにより、 発光素子の上面、 側面、 お よび角部の全てを、膜厚がほぼ等しく且つ蛍光物質が均一に分散されてなる連続し た色変換層にて覆うことができ、ブルーリング等の色むらを改善することができる。 また、前記色変換層は一粒子層からなることが好ましく、 これにより光の取り出し 効率が向上される。本実施例では、発光素子の上面からノズル下端までの距離を 4 0〜5 0 mmとして円柱状に噴霧が広がった状態の所に発光素子の表面がくるよ うに設置し、 図 1 1の如く、 塗布液とガスとを発光素子の上面、 側面および角、 さ らに凹部内平面上にほぼ均一な膜厚を有し連続した色変換層を形成する。
また、 上記工程は、 塗布する場所を加温した状態にて行うことを特徴とする。 こ れにより、ェチルシリケ一卜のゾル化にて生成したエタノールや溶剤を、発光素子 上に吹き付けた瞬時に飛ばすことができる。 これにより、発光素子へ悪影響を与え ることなく色変換層を設けることができる。本実施例では、 ヒーター 1 5上パッケ —ジを載置しながらスプレーコーティングしており、前記ヒ一夕一の温度は 5 O t: 以上 3 0 O :以下の温度に調整されていることが好ましい。
工程 3 .
手順 2を行った後、室温で放置し、 ゾル状ェチルシリゲートと空気中の水分とが 反応し、 S i 02により蛍光物質が固着される。
工程 4.
次に、 3 0 0での温度で 2時間乾燥させる。窒化物系発光素子は 3 5 0で以上の 温度下に置かれると、発光素子としての性能が低下するため、 3 0 0での温度下で 発光素子表面への固着が可能なアルキルシリゲートは、蛍光物質の固着剤として好 ましく用いることができる。
以上のように構成された発光装置は、全てが無機物にて構成されているため、高 い放熱性と有すると共に近視外や紫外線に対する耐光性にも優れている。本実施例 の発光装置は、紫外域で発光する発光素子等、 あらゆる素子を用いることができる。 実施例 1 2 .
蛍光物質として、 第一の蛍光物質 （Y 0. 9 9 5 G d 0. 0 0 5) 2. 7 5 0 A 1 5〇1 2： C e。. 2 5。と第二の蛍光物質 C a ^ 8 E u 0. 2 S i 5 N 8とを混合分散させたものを用 いる以外は、実施例 1 1と同様にして発光装置を形成すると、実施例 1 1より演色 性に優れた発光装置が得られる。本実施例で用いることができる前記第二の蛍光物 質は特に限定されないが、前記第一の蛍光物質と励起波長が類似であり且つ黄色か ら赤色の蛍光を発光することが可能な Mx S i yNx ： Eu (但し、 Mは Ca、 S r、 B a、 および Z nの群から選択されたアルカリ土類金属の少なくとも一種、 z =2/3 x + 4/3 y) を用いると、優れた演色性を有する光が得られ好ましい。 実施例 13.
ェチルシリゲートの代わりに、 フッ素樹脂（PTFE=ポリテトラフルォロェチ レン） を用いて塗布液を調整して蛍光体をバインドする以外は、実施例 1 1と同様 の方法により発光装置を形成すると、実施例 1 1と同等の性能が得られ、かつ良好 な製造歩留まりが得られる。
実施例 14.
発光素子として、主波長が 400 nmである LEDチップを用い、蛍光物質とし て （S r0.96， Eu0.。い Mn。.。3) 10 (P〇4) 6C 12を用いる以外は実施例 1 1と同様にして発光装置を形成する。
ここで、 上記蛍光物質の形成方法を述べる。 まず、 各原料である S r HP04、 S r C03、 Eu203、 Mn C〇3、 NH4C 1を上記組成比となるように調整し混 合する。 （S rHP〇4 : 1000 g、 S r CO 3 : 482. 4g、 Eu 203： 16. 0 g、 MnC03： 35. 2 g、 NH4C 1 ： 1 16. 5 g)
次に、上記原料を抨量しボールミル等の混合機によって乾式で充分に混合する。 この混合原料を S i C、 石英、 アルミナなどの坩堝に詰め、 N2， H2の還元雰囲 気中にて 96 /h rで 1200 まで昇温し、恒温部 1 20 で 3時間焼成 する。 得られた焼成品を水中で粉砕、 分散、 篩過、 分離、 水洗、 乾燥して目的の蛍 光体粉末を得る。
このようにして得られた蛍光物質を実施例 1 1と同様にして発光素子周囲及び 凹部内平面に塗布し色変換層を形成すると、高輝度に発光可能な発光装置が得られ る。
実施例 1 5.
原料として CaHP〇4、 C aC〇3、 Eu 203、 MnC〇3、 NH4C 1、 およ び NH4B rを用い （Ca0.93, Eu0.。5, Mn0.02) 10 (P04) 6B r 0C 1し。の組成比となるように調整、 混合する。
上記原料を抨量しボールミル等の混合機によって乾式で充分に混合する。この御 合原料を S i C、 石英、 アルミナなどの坩堝に詰め、 N2， H2の還元雰囲気中に て 960 °CZh rで 1200 まで昇温し、恒温部 1200 で 3時間焼成する。 得られた焼成品を水中で粉砕、 分散、 篩過、 分離、 水洗、 乾燥して目的の蛍光体粉 末を得る。この蛍光物質を用いた以外は実施例 14と同様にして発光素子周囲及び 凹部内平面に塗布し色変換層を形成すると、高輝度に発光可能な発光装置が得られ る。
実施例 16.
蛍光物質として、 第一の蛍光物質 （Y0.995 Gd 0.005) 2.750 A 15012： C e 0.250と第二の蛍光物質 （Ca0.93， Eu0.05, Mn0. 。2) 10 (P04) 6B r QC 1 。とを混合分散させたものを用いる以外は、 実施例 14と同様にして 発光装置を形成すると、 高輝度に発光可能な白色光源が得られる。
実施例 17.
(Ca0.93， Eu0.05, Mn0.。2) 10 (P04) 6 B r 。 C 1 。蛍光物質と A 1203からなる塗布液を発光素子周囲及び凹部内平面に上記スプレーにて塗布 し第一色変換層を形成した後、 前記前記第一色変換層上に接して Y。.995 Gd0. o 。5) 2.750 A 15012： Ce0.25。蛍光物質を実施例 1 1と同様の方法にてゾル状 ェチルシリケ一トを用い S i〇2により固着されてなる第二色変換層を形成する以 外は、実施例 14と同様にして発光装置を形成する。 このようにして形成すること により、第二色変換層の光屈折率ぐ第一色変換層の光屈折率 <窒化ガリゥム系化合 物半導体層の屈折率とすることができ、発光素子からの光の取り出し効率が高まり 高出力で発光することが可能な発光装置が得られる。
産業上の利用の可能性
本発明の発光装置は、高い信頼性を有する金属製パッケージを用い、発光素子が 配置される箇所を実装基板に接するように構成することにより、放熱性が飛躍的に 向上され、大電流の投下にも劣化されることなく高い信頼性を維持することができ る。 これにより、信頼性が高く且つ照明と同等の明るさを長時間発光することが可 能な発光装置を実現することができ、 産業上の利用価値は極めて高い。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 発光素子と、 前記発光素子を収納する凹部と少なくとも 1つの貫通孔を有 するベース部とからなる金属パッケージと、 前記貫通孔内に絶縁部材を介して揷 入されたリード電極とを有する発光装置であって、
前記リード電極の底面は、 前記ベース部の底面から突出しており、 且つ前記凹 部の底面とほぼ同一平面上にあることを特徴とする発光装置。
2 . 前記ベース部の膜厚は、 前記凹部の底面厚より厚いことを特徴とする請求 項 1に記載の発光装置。
3 . 前記凹部の内壁は、 テーパー形状であることを特徴とする請求項 1または 2に記載の発光装置。
4 . 前記凹部内に前記発光素子を被覆する透光性封止部材を有し、 且つ前記封 止部材中に前記発光素子からの光の一部を吸収して異なる波長を発光することが 可能な蛍光物質が含有されていることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに 記載の発光装置。
5 . 前記金属パッケージの主面側に、 透光性窓部と金属部とからなるリツドを 有し、 前記透光性窓部は前記凹部と対向し且つ前記凹部の内壁の延長線と交わる ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の発光装置。
6 . 前記金属パッケージは、 熱伝導率が 1 0 WZm · K以上 1 0 0 WZm · K 以下で且つ熱膨張率が 0 . 0 5 X 1 0— 4 deg以上 0 . 2 0 X 1 0 _ 4 /deg以下 であることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の発光装置。
7 . 前記凹部は、隣接するベース部より突出した縁部を有することを特徴とする 請求項 1乃至 5のいずれかに記載の発光装置。
8 . 前記透光性窓部は、前記発光素子の側面と対向する前記内壁の立ち上がり地点 と前記発光素子を介して向かい合う前記内壁の最上端部とを結ぶ直線と交わるこ とを特徴とする請求項 5乃至 7のいずれかに記載の発光装置。
9 . 発光素子と、前記発光素子が載置される薄肉部と該薄肉部から外部へ延在し た厚肉部とを有する金属パッケージと、前記厚肉部に絶縁部材を介して一体的に設 けられたリード電極とを有する発光装置であって、 前記リード電極の底面は、 前記厚肉部の底面より下方に位置し、 且つ前記薄肉部 の底面とほぼ同一平面上に位置していることを特徴とする発光装置。
1 0 . 前記薄肉部主面は前記厚肉部主面とほぼ平行をなし、 これらの境界部主面 は屈曲していることを特徴とする請求項 9記載の発光装置。
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