JP2011151248A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性能を向上しつつＬＥＤチップから発せられる光を効率的に取り出すことができる発光装置及び発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】アルミ板１の上面に絶縁層２を設けてある。絶縁層２の上面には、銅箔３による回路パターンを形成してある。ＬＥＤチップ２０を装着する装着面に対応する位置には、回路パターンと電気的に絶縁された銅箔３を設けている。ＬＥＤチップ２０を装着する装着面及び装着面の周囲には、絶縁層２を覆うようにセラミックスインク４を設けている。そして、セラミックスインク４には、直接ＬＥＤチップ２０を装着している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップを備えた発光装置及び該発光装置の製造方法に関する。

従来、光源として用いられてきた蛍光灯又は白熱灯などに比べて、省電力かつ長寿命であるという理由で、発光ダイオードが光源として注目を集めている。そして、道路灯等の照明器具、バックライト光源、イルミネーション光源、アミューズメント機器の装飾など、広い分野で発光ダイオードが使用されるようになった。

このような発光ダイオードの構造は、例えば、アルミ基板又は銅基板上に絶縁層を形成し、絶縁層の表面には銅箔による回路パターンを形成してある。そして、電気的に絶縁された銅箔上にＬＥＤチップを配置し、ＬＥＤチップの電極と回路パターンとがワイヤにより電気的に接続されている。また、銅箔上には金メッキが施こされている（特許文献１参照）。

特開２００６−６６７８６号公報

しかしながら、特許文献１の発光ダイオードにあっては、金メッキが施された銅箔上にＬＥＤチップを配置しているものの、金メッキの反射率が低いため、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率が悪いという問題がある。また、ＬＥＤチップで発生する熱により絶縁層が変色し一層反射率が低下するという問題がある。

一方で、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率を高めるため、反射率の高い光沢アルミ合金板の上にＬＥＤチップを直接装着することもできる。しかし、導電体であるアルミ合金板の上にＬＥＤチップを直接装着するため、静電気や外部からの過電圧又は過電流などにより絶縁機能が劣る場合があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、絶縁性能を向上しつつＬＥＤチップから発せられる光を効率的に取り出すことができる発光装置及び該発光装置の製造方法を提供することを目的とする。

第１発明に係る発光装置は、ＬＥＤチップを備えた発光装置において、基板と、該基板上に設けられたセラミックスインクとを備え、前記ＬＥＤチップを前記セラミックスインク上に装着してあることを特徴とする。

第２発明に係る発光装置は、第１発明において、前記ＬＥＤチップの装着面及び該装着面の周囲に前記セラミックスインクを設けてあることを特徴とする。

第３発明に係る発光装置は、第１発明又は第２発明において、前記基板は、金属板と、該金属板上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に形成された導電パターンとを備え、前記セラミックスインクを前記絶縁層上に設けてあることを特徴とする。

第４発明に係る発光装置は、第１発明から第３発明までのいずれか１つにおいて、前記セラミックスインクの厚みは、１０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする。

第５発明に係る発光装置の製造方法は、ＬＥＤチップを備えた発光装置の製造方法において、導電層を有する基板上の導電層をエッチングして除去するステップと、導電層が除去された部分に硬化前のセラミックスインクを塗布するステップと、塗布されたセラミックスインクを加熱して硬化させるステップと、硬化したセラミックスインク上に前記ＬＥＤチップを装着するステップとを含むことを特徴とする。

第１発明及び第５発明にあっては、基板と、基板上に設けられたセラミックスインクとを備え、ＬＥＤチップをセラミックスインク上に装着してある。セラミックスインクは、高光沢アルミニウム板と同程度の反射率を有し、樹脂などの絶縁層と同程度の絶縁性を有している。ＬＥＤチップから発せられた光の一部は、セラミックスインクで反射されるので、従来の金メッキの場合に比べて光の取り出し効率を高めることができる。また、絶縁性の高いセラミックスインク上にＬＥＤチップを装着しているので、静電気、あるいは外部からの過電圧又は過電流などに対する耐性を高めることができる。

第２発明にあっては、ＬＥＤチップの装着面及び装着面の周囲にセラミックスインクを設ける。これにより、基板の方に向かって発せられる光をＬＥＤチップの発光面の方向へ反射させることができ、光の取り出し効率を一層高めることができる。

第３発明にあっては、基板は、金属板と、金属板上に設けられた絶縁層と、絶縁層上に形成された導電パターンとを備え、セラミックスインクを絶縁層上に設けてある。これにより、安価で流通性の高い市販の基板（例えば、アルミ基板など）を使用することができ、光の取り出し効率が高く、絶縁性の優れ、低コストの発光装置を実現することができる。また、セラミックスインクは、耐熱性、耐候性、耐紫外線性に優れ、絶縁層がセラミックスインクで覆われているので、絶縁層の変色による反射率低下の影響がなくなり、経年変化による反射率の低下又は光の取り出し効率の低下を防止することができる。

第４発明にあっては、セラミックスインクの厚みは、１０μｍ〜３０μｍである。厚みが１０μｍ未満では、絶縁性が低下し、また反射率も低下する。また、厚みが３０μｍを超えると、セラミックスインクの塗布量が増加する。厚みを１０μｍ〜３０μｍの範囲にすることで、下地が銅箔又はガラスエポキシなどの場合であっても、９０％程度の反射率を維持することができるとともに絶縁性を高めることができる。

本発明によれば、ＬＥＤチップをセラミックスインク上に装着してあることにより、従来の金メッキの場合に比べて光の取り出し効率を高めることができる。また、静電気、あるいは外部からの過電圧又は過電流などに対する耐性を高めることができる。

本実施の形態に係る発光装置の構造の一例を示す断面図である。 本実施の形態の発光装置の光学的特性の測定結果の一例を示す説明図である。 本実施の形態の発光装置の照度の経年変化の測定結果の一例を示す説明図である。 セラミックスインクの絶縁性能の一例を示す説明図である。 本実施の形態の発光装置の製造方法の一例を示す説明図である。 本実施の形態の発光装置の製造方法の一例を示す説明図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る発光装置１００の構造の一例を示す断面図である。図１において、１は金属板としてのアルミ板である。アルミ板１は、アルミニウム合金でもよい。また、アルミ板１は、素地でもよく、あるいはアルマイト処理を施したものでもよい。アルミ板１の上面（片面）には樹脂製の絶縁層２を設けてある。絶縁層２の上面には、導電性パターンとしての銅箔３による回路パターンを形成してある。なお、アルミ板１、絶縁層２及び銅箔３を有するベース基板１０は、市販品として流通しているものであり、比較的安価に入手可能である。また、ベース基板１０としては、アルミ板１を備えるものの他に、ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）などを使用することもできる。

ＬＥＤチップ２０を装着する装着面に対応する位置には、銅箔３の他の部分とは電気的に絶縁された銅箔３を設けている。すなわち、ＬＥＤチップ２０を装着する装着面に対応する位置の銅箔３は、回路パターンを構成するものではない。ＬＥＤチップ２０からベース基板１０側（下方向）に発せられた光を上方向へ反射するためである。なお、ＬＥＤチップ２０の下側の銅箔３を設けなくてもよい。銅箔３の表面（上面）には、金メッキ５を施してある。

ＬＥＤチップ２０を装着する装着面及び装着面の周囲には、絶縁層２及び金メッキ５が施された銅箔３を覆うようにセラミックスインク４を設けている。そして、セラミックスインク４には、直接ＬＥＤチップ２０を装着している。ＬＥＤチップ２０の装着には、例えば、透明ペーストを用いることができる。また、ＬＥＤチップ２０の高さ寸法は、例えば、０．１ｍｍ程度である。

セラミックスインク４は、例えば、無機酸化物の粉末材料を含むセラミクスであって、白色の高粘度液体であり、比較的低温（例えば、１６０℃〜１７０℃程度）で硬化する。セラミックスインク４を絶縁層２上に設けるためには、所定の溶媒に溶かした硬化前のセラミックスインク４を絶縁層２上に塗布し、塗布した後のセラミックスインク４を加熱して硬化させればよい。なお、セラミックスインク４は、例えば、株式会社アインのＲＧ−１２−６−２を用いることができる。

ＬＥＤチップ２０の電極と金メッキ５を施した銅箔３との間は、金線２１によりワイヤボンディングしてある。金メッキ５を施した銅箔３のワイヤボンディングされた箇所を除く部分にはセラミックスインク４を形成してある。セラミックスインク４上には、ＬＥＤチップ２０を囲むように半透明シリコン等のシリコンエンキャプ材７を周設してある。シリコンエンキャプ材７で囲まれる領域には、透明シリコン等のシリコンポッティング材９を充填してある。また、シリコンエンキャプ材７の上部には、蛍光体シート８を接着してある。蛍光体シート８により、例えば、白色光を発生する白色発光ダイオードとしての機能を実現することができる。なお、ＬＥＤチップ２０の発光波長、あるいは蛍光体シート８に含まれる蛍光体を変えることにより、白色に限定されることなく、所望の波長ピークを有する光を発光させることができる。また、蛍光体シート８に代えて、蛍光体を含有した透明樹脂をＬＥＤチップ２０の回りに充填する構成とすることもできる。

図２は本実施の形態の発光装置１００の光学的特性の測定結果の一例を示す説明図である。図２において、本実施形態は、図１に示した発光装置１００の測定結果を示し、比較例は、従来の発光装置の測定結果を示す。従来の発光装置は、例えば、特許文献１に示すような、金メッキを施した銅箔上にＬＥＤチップを装着した構造のものである。光学的特性は、照度、色度、色温度、黒体輻射軌跡との偏差Δｕｖなどである。測定条件は、本実施形態及び比較例のいずれも基板上にＬＥＤチップを９０個マトリクス状に配置し、それぞれのＬＥＤチップに３００ｍＡの電流を流し、測定距離を１ｍとして測定した。図２の例からわかるように、本実施の形態では、従来に比べて１６％程度、照度が高くなっている。これは、従来の金メッキでの反射率が約５０％であるのに対し、セラミックスインクの場合には、反射率が約９０％と高いからである。

図３は本実施の形態の発光装置１００の照度の経年変化の測定結果の一例を示す説明図である。図３において、横軸は時間（Ｈ）、縦軸は照度の相対値（％）を示す。測定条件は、本実施の形態の発光装置１００を恒温恒湿槽に入れ、温度が８５℃、湿度が８５％の雰囲気内で常時点灯状態させる。ＬＥＤチップに流れる電流は３００ｍＡである。恒温恒湿槽に発光装置１００を入れる前の照度を１００％として、経過時間とともに照度の変化（初期値１００％に対する相対値）を測定した。図３に示すように、照度の相対値にほとんど変化はないことがわかる。これは、本実施の形態の発光装置１００では、絶縁層２をセラミックスインク４で覆っており、セラミックスインク４は、耐熱性（例えば、７００℃）、耐候性、耐紫外線性に優れているからである。

図４はセラミックスインク４の絶縁性能の一例を示す説明図である。図４に示すように、セラミックスインク４の厚みが１０μｍでは、１０の９乗Ω以上の絶縁抵抗を有する。また、厚みが２０μｍでは、交流電圧１１００Ｖを２分間印加しても絶縁破壊などの異常は発生しない。また、厚みが３０μｍでは、交流電圧２８００Ｖを２分間印加しても絶縁破壊などの異常は発生しない。

上述のとおり、ベース基板１０と、ベース基板１０上に設けられたセラミックスインク４とを備え、ＬＥＤチップ２０をセラミックスインク４上に直接装着してある。セラミックスインク４は、高光沢アルミニウム板と同程度の反射率（例えば、９０％）を有し、樹脂などの絶縁層と同程度の絶縁性を有している。ＬＥＤチップ２０から発せられた光の一部は、セラミックスインク４で反射されるので、従来の金メッキの場合に比べて光の取り出し効率を、例えば、１６％程度、高めることができる。また、絶縁性の高いセラミックスインク４上にＬＥＤチップ２０を装着しているので、静電気、あるいは外部からの過電圧又は過電流などに対する耐性を高めることができる。

また、ＬＥＤチップ２０の装着面及び装着面の周囲にセラミックスインク４を設ける。これにより、ベース基板１０の方に向かって発せられる光をＬＥＤチップ２０の発光面の方向（図１の例では上方向）へ反射させることができ、光の取り出し効率を一層高めることができる。

また、ベース基板１０は、アルミ板１と、アルミ板１上に設けられた絶縁層２と、絶縁層２上に形成された銅箔３による導電パターン（回路パターン）とを備え、セラミックスインク４を絶縁層２上に設けてある。これにより、安価で流通性の高い市販の基板（例えば、アルミ基板など）を使用することができ、光の取り出し効率が高く、絶縁性の優れ、低コストの発光装置を実現することができる。また、セラミックスインク４は、耐熱性、耐候性、耐紫外線性に優れ、絶縁層２がセラミックスインクで覆われているので、絶縁層２の変色による反射率低下の影響がなくなり、経年変化による反射率の低下又は光の取り出し効率の低下を防止することができる。

また、セラミックスインク４の厚みは、１０μｍ〜３０μｍである。厚みが１０μｍ未満では、絶縁性が低下し、また反射率も低下する。また、厚みが３０μｍを超えると、セラミックスインク４の塗布量が増加する。厚みを１０μｍ〜３０μｍの範囲にすることで、下地が銅箔又はガラスエポキシなどの場合であっても、９０％程度の反射率を維持することができるとともに絶縁性を高めることができる。例えば、図１の例のように、ＬＥＤチップ２０の装着面に対応する箇所の下地が銅箔３である場合、セラミックスインク４の厚みが２０μｍで９０％の反射率とすることができる。また、図１の例で、ＬＥＤチップ２０の装着面に対応する位置の銅箔３がない場合、あるいは下地がガラスエポキシなどの場合、セラミックスインク４の厚みを３０μｍにすることで９０％の反射率を得ることができる。

次に本発明に係る発光装置１００の製造方法について説明する。図５及び図６は本実施の形態の発光装置１００の製造方法の一例を示す説明図である。図５（ａ）に示すように、所要の寸法であって、アルミ板１、絶縁層２及び銅箔３が積層されたベース基板１０を用意する。

次に、図５（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ２０を装着する装着面の周辺部３０の銅箔３、及び回路パターンとして不要な銅箔３を絶縁層２が露出するまでエッチングして除去する。この際に、ＬＥＤチップ２０の装着面に対応する位置の銅箔３は除去せず、電気的に絶縁（分離）された銅箔３（ＬＥＤチップ２０の横断面とほぼ同寸法）として残す。なお、ＬＥＤチップ２０の装着面に対応する位置の銅箔３を設けなくてもよい。

次に、図５（ｃ）に示すように、銅箔３の表面に金メッキ５を施す。

次に、図６（ｄ）に示すように、金メッキ５を施した銅箔３の部分（ワイヤボンディングする箇所）をレジストでマスクし、硬化前のセラミックスインク４をＬＥＤチップ２０の装着面及びその周囲などマスクされていない面に塗布する。セラミックスインク４の塗布は、通常のスクリーン印刷などの技術を用いることができる。セラミックスインク４を塗布した後、セラミックスインク４を加熱して硬化させる。加熱の条件は、例えば、１６０℃〜１７０℃程度で１時間〜２時間程度乾燥させればよい。また、８０℃程度で２０分間程度予備乾燥させ、その後、１６０℃〜１７０℃程度で３０分間本乾燥させてもよい。

次に、図６（ｅ）に示すように、ＬＥＤチップ２０を所定の装着面に配置し、透明ペースト等によりセラミックスインク４上に装着する。そして、ＬＥＤチップ２０の電極と金メッキ５を施した銅箔３との間を金線２１でワイヤボンディングする。

その後、図示していないが、ＬＥＤチップ２０を囲むようにセラミックスインク４上に、半透明シリコン等のシリコンエンキャプ材７を周設する。シリコンエンキャプ材７で囲まれる領域に、透明シリコン等のシリコンポッティング材９を充填する。そして、シリコンエンキャプ材７の上部に、蛍光体シート８を接着する。

上述のとおり、本実施の形態の発光装置１００は、セラミックスインクの上に直接ＬＥＤチップを装着するので、従来のアルミ基板に直接ＬＥＤチップを装着する場合に比べて、絶縁性能を高めることができるとともに、従来の反射率の低い金メッキ上にＬＥＤチップを装着する場合に比べて光の取り出し効率を高めることができる。別言すれば、光の取り出し効率については、従来のアルミ基板に直接ＬＥＤチップを装着する場合と同等の性能を発揮することができるとともに、絶縁性能については、従来の絶縁層上の銅箔の表面に施された金メッキ上にＬＥＤチップを装着する場合と同等の性能を発揮することができ、高絶縁性能の確保と光の取り出し効率の向上とを両立させることが可能となる。

また、ＬＥＤチップ２０の反射面としてセラミックスインク４を用いるので、耐熱性、耐候性、耐紫外線性に優れ、長期間使用しても変色せず、高い反射率（９０％程度）を維持することができる。また、セラミックスインク４を通常のレジストとして使用することもできる。また、セラミックスインク４は、無機酸化物であるため、有機材料に比べて熱伝導率が高く、ＬＥＤチップ２０で発生する熱を効率良く放熱させることができる。

上述の実施の形態では、蛍光体シートを備える構成であったが、蛍光体シートを具備しなくてもよい。また、ＬＥＤチップを覆うシリコンポッティング材９は、蛍光体を含有してもよく、あるいは含有しなくてもよい。また、ＬＥＤチップ２０の発光色は、白色、青色、赤色、緑色など所望の発光色とすることができる。

１ アルミ板
２ 絶縁層
３ 銅箔
４ セラミックスインク
５ 金メッキ
１０ ベース基板
２０ ＬＥＤチップ

Claims (5)

1. ＬＥＤチップを備えた発光装置において、
   基板と、
   該基板上に設けられたセラミックスインクと
   を備え、
   前記ＬＥＤチップを前記セラミックスインク上に装着してあることを特徴とする発光装置。
2. 前記ＬＥＤチップの装着面及び該装着面の周囲に前記セラミックスインクを設けてあることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記基板は、
   金属板と、
   該金属板上に設けられた絶縁層と、
   該絶縁層上に形成された導電パターンと
   を備え、
   前記セラミックスインクを前記絶縁層上に設けてあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 前記セラミックスインクの厚みは、１０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の発光装置。
5. ＬＥＤチップを備えた発光装置の製造方法において、
   導電層を有する基板上の導電層をエッチングして除去するステップと、
   導電層が除去された部分に硬化前のセラミックスインクを塗布するステップと、
   塗布されたセラミックスインクを加熱して硬化させるステップと、
   硬化したセラミックスインク上に前記ＬＥＤチップを装着するステップと
   を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。

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