JP5330889B2 - 照明用ｌｅｄモジュール - Google Patents

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本発明は、モジュール基板と、該モジュール基板の所定の位置に設けた複数の発光ダイオード素子からなる照明用LED（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）モジュールに関する。
照明器具の新しい照明用光源として、発光ダイオードがある。発光ダイオードチップは、１個の発光ダイオードチップ素子では光束が小さいため、白熱電球、蛍光ランプと同程度の光束を得るため、複数の発光ダイオード素子を配置して照明用光源を構成している（特許文献１、２）。
複数の発光ダイオード素子を配置すると、エネルギー変換効率が悪く発熱量が多い発光ダイオード素子が発熱し、特に複数の発光ダイオード素子を高密度に配置すると、モジュール全体の温度が上昇し、光束の低下や素子の寿命の低下が生じる。
特許第３９８９７９４号公報 特許第４１２４６３８号公報
本発明の目的は、複数の発光ダイオード素子を高密度に配置しても温度上昇を抑制できる照明用LEDモジュールを提供することにある。
本発明は、アルミニウム合金−黒鉛−炭化珪素複合体からなる基板と、基板上に積層された、平均粒子径が５〜５０μｍである破砕状酸化珪素粗粒子３４〜７０体積％と平均粒子径が０．２〜１．５μｍの破砕状酸化珪素微粒子３〜２４体積％を含有し、かつ1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層と、絶縁層上に導電パターンを有しつつ積層された導電層を有するモジュール基板と、モジュール基板の導電層上に取り付けられた複数の発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子の光照射側に配置された蛍光体を有する照明用LEDモジュールである。
他の発明は、アルミニウム合金−黒鉛−炭化珪素複合体からなる基板と、基板上に間欠的に積層された、平均粒子径が５〜５０μｍである破砕状酸化珪素粗粒子３４〜７０体積％と平均粒子径が０．２〜１．５μｍの破砕状酸化珪素微粒子３〜２４体積％を含有し、かつ1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層と、絶縁層上に導電パターンを有しつつ積層された導電層を有するモジュール基板と、モジュール基板のうちの絶縁層が積層されていない基板上に取り付けられた複数の発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子の光照射側に配置された蛍光体を有する照明用LEDモジュールである。
また、他の発明は、アルミニウム合金−黒鉛−炭化珪素複合体からなる基板と、基板上に間欠的に積層された平均粒子径が５〜５０μｍである破砕状酸化珪素粗粒子３４〜７０体積％と平均粒子径が０．２〜１．５μｍの破砕状酸化珪素微粒子３〜２４体積％を含有し、かつ1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層と、絶縁層上に導電パターンを有しつつ積層された導電層と、絶縁層の間欠箇所に設けられた導電性の支柱を有するモジュール基板と、支柱上に取り付けられた発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子の光照射側に配置された蛍光体を有する照明用LEDモジュールである。
基板は、銅、アルミニウム又はこれらを主成分とする合金からなる群から選ばれたものであるのが好ましく、さらに好ましくは、アルミニウム合金−黒鉛複合体、アルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体からなる群から選ばれることが好ましい。
絶縁層には、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、二酸化チタン、アルミナ、スメクタイトから選ばれる少なくとも１種以上の白色顔料が添加されていることが好ましい。また、モジュール基板の表面にはソルダーレジスト膜を形成するのが好ましい。
蛍光体は、一般式：（Ｍ）ｘ（Ｅｕ）ｙ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（ただし、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素）で示されるα型サイアロンであり、酸素含有量が１．２ｍａｓｓ％以下であり、α型サイアロンを構成する一次粒子が柱状化しているα型サイアロン蛍光体であるのが好ましい。他に好ましい蛍光体は、一般式：Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚで示され、Ｅｕを含有するβ型サイアロンを主成分とする蛍光体であって、電子スピン共鳴スペクトルによる計測における２５℃でのｇ＝２．００±０．０２の吸収に対応するスピン密度が２．０×１０１７個／ｇ以下の蛍光体である。
本発明は、上述の構成により、複数の発光ダイオード素子を高密度に配置しても温度上昇を抑制できた。
実施例１に係る照明用LEDモジュールの断面を示す模式図。 実施例１に係る照明用LEDモジュールの平面を示す模式図。 実施例２に係る照明用LEDモジュールの断面を示す模式図。 実施例３に係る照明用LEDモジュールの断面を示す模式図。 本発明に用いられるOne-Wire type発光ダイオード素子の模式図。 本発明に用いられるDouble-Wire type発光ダイオード素子の模式図。 本発明に用いられるFace down type発光ダイオード素子の模式図。
１ 基板
２ 絶縁層
３ 導電層
４ モジュール基板
５ 発光ダイオード素子
６ ワイヤーボンディング
７ 封止材
８ ダム材
９ 支柱
１０ 発光体
１２ 素子基板
１３ 半田
１４ 熱伝導性接着剤
１５ バンプ
＜モジュール基板の構造＞
本発明に係る照明用LEDモジュールは、図１及び図２に示すように、基板１と、基板１上に積層された1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層２と、絶縁層２上に導電パターンを有しつつ積層された導電層３を有するモジュール基板４と、
モジュール基板４の導電層３上に取り付けられた複数の発光ダイオード素子５と、
発光ダイオード素子５の光照射側に配置された蛍光体（図示省略、以下同じ。）を有する照明用LEDモジュールである。
他の発明は、図３に示すように、基板１と、基板１上に間欠的に積層された1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層２と、絶縁層２上に導電パターンを有しつつ積層された導電層３を有するモジュール基板４と、
モジュール基板４のうちの絶縁層２が積層されていない基板１上に取り付けられた複数の発光ダイオード素子５と、
発光ダイオード素子５の光照射側に配置された蛍光体を有する照明用LEDモジュールである。
絶縁層２が間欠的に積層され、積層されていない基板１の表面に発光ダイオード素子５を配置することにより、より放熱性を高めることができた。絶縁層２が間欠的に積層する手段は、絶縁層２の積層時に間欠的に積層する手段、絶縁層２を形成した後に化学研磨や物理研磨、レーザー加工等より取り去る手段がある。
他の発明は、図４に示すように、基板１と、基板１上に間欠的に積層された1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層２と、絶縁層２上に導電パターンを有しつつ積層された導電層３と、絶縁層２の間欠箇所に設けられた導電性の支柱９を有するモジュール基板４と、
支柱９上に取り付けられた発光ダイオード素子５と、
発光ダイオード素子５の光照射側に配置された蛍光体を有する照明用LEDモジュールである。
この構成により、支柱９が発光ダイオード素子５の発熱を基板１に伝えるため、高い放熱性を得ることができた。この支柱９を形成する手段としては、基板１の形成後に別体として形成する手段と、基板１の形成時に予め突起を設けて支柱にする手段がある。
基板１は、銅、アルミニウム又はこれらを主成分とする合金からなる群から選ばれたものであるのが好ましく、さらに好ましくは、アルミニウム合金−黒鉛複合体、アルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体からなる群から選ばれることが好ましい。
絶縁層には、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、二酸化チタン、アルミナ、スメクタイトから選ばれる少なくとも１種以上の白色顔料が添加されていることが好ましい。
蛍光体は、一般式：（Ｍ）ｘ（Ｅｕ）ｙ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（ただし、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素）で示されるα型サイアロンであり、酸素含有量が１．２ｍａｓｓ％以下であり、α型サイアロンを構成する一次粒子が柱状化しているα型サイアロン蛍光体であるのが好ましい。他に好ましい蛍光体は、一般式：Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚで示され、Ｅｕを含有するβ型サイアロンを主成分とする蛍光体であって、電子スピン共鳴スペクトルによる計測における２５℃でのｇ＝２．００±０．０２の吸収に対応するスピン密度が２．０×１０１７個／ｇ以下の蛍光体である。
＜絶縁層＞
本発明の絶縁層は、発光ダイオード素子から発生する熱を効率よくモジュール基板裏面側に放熱するため、熱伝導率１Ｗ／ｍＫ以上である必要があり、好ましい熱伝導率は１．５Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは２Ｗ／ｍＫ以上である。発光ダイオード素子で発生する熱を基板１の裏面側に放熱し、さらに外部へ放熱することによりＬＥＤモジュールの蓄熱を低減し、発光ダイオード素子の温度上昇を抑え、発光ダイオード素子の発光効率低下を抑制できた。また、導電層と基板との間の耐電圧は、０．５ｋＶ以上、望ましく１ｋＶ以上が好ましい。
絶縁層を構成する材料は、この熱伝導率を有する素材であれば適宜選択でき、具体的にはフェノール樹脂、イミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等があり、より具体的には、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂用硬化剤及び無機フィラーを含有したものが好ましい。
＜絶縁層としてのエポキシ樹脂＞
エポキシ樹脂としては、公知のエポキシ樹脂、例えばナフタレン型、フェニルメタン型、テトラキスフェノールメタン型、ビフェニル型及びビスフェノールＡアルキレンオキサイド付加物型のエポキシ樹脂がある。このうち応力緩和性という理由で、主鎖がポリエーテル骨格を有し直鎖状であるエポキシ樹脂が好ましい。主鎖がポリエーテル骨格を有し主鎖状であるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型の水素添加エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂に代表される脂肪族エポキシ樹脂及びポリサルファイド変性エポキシ樹脂があり、これらを複数組み合わせて用いることもできる。
より高い耐熱性が必要な場合、エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を単独又は他のエポキシ樹脂と組み合わせて用いるのが好ましい。
＜ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂＞
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を採用する場合、エポキシ当量３００以下であることが好ましい。エポキシ当量があまりに大きいと、高分子タイプになるときに見られる架橋密度の低下によるＴｇの低下、耐熱性の低下を生じさせる傾向にある。
＜エポキシ樹脂用硬化剤＞
エポキシ樹脂には硬化剤を添加することが好ましい。硬化剤としては、芳香族アミン系樹脂、酸無水物系樹脂、フェノール系樹脂及びジシアンアミドからなる群から選ばれる１種類以上を用いることができる。硬化剤の添加量については、エポキシ樹脂１００質量部に対して、５〜５０質量部であることが好ましく、１０〜３５質量部であることが一層好ましい。
＜エポキシ樹脂用硬化触媒＞
エポキシ樹脂には、必要に応じて硬化触媒を使用することもできる。硬化触媒としては、イミダゾール化合物、有機リン酸化合物、第三級アミン、第四級アンモニウムがあり、いずれか１種類又はこれらの混合体がある。添加量は、硬化温度により変化するため特に制限はないが、あまりに少ないと硬化触媒の配合効果が現れず、あまりに多いと回路基板製造工程のおける硬化度合いの制御が難しくなるため、エポキシ樹脂１００質量部に対して０．０１質量部以上５質量部以下であることが好ましい。
＜エポキシ樹脂用フィラー＞
エポキシ樹脂用無機フィラーとしては、電気絶縁性で熱伝導性に優れるものであればよく、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化マグネシウム、窒化珪素の単独又は複数組み合わせがある。
エポキシ樹脂用フィラーとしては、高熱伝導性を達成するには、窒化アルミウム及び窒化硼素が好ましい。本発明が高周波で用いる電気・電子部品として用いられて誘電率を低く抑える必要がある際には、結晶質二酸化ケイ素、窒化硼素が好ましい。
エポキシ樹脂用フィラーの粒子形状は、ハンドリング性及び流動性を向上させるため、アスペクト比が１に近いものが好ましい。粗粒子と微粒子を混ぜ合わせると破砕粒子や球状粒子を単独で用いた場合よりも高充填が可能となり、更に好ましい。
無機フィラーとして粗粒子と微粒子を混ぜ合わせて用いる場合には、（ａ）最大粒子径が１００μｍ以下で且つ粒子径１〜１２μｍのものを５０体積％以上含有し平均粒子径が５〜５０μｍである粗粒子と、（ｂ）粒子径２．０μｍ以下のものを７０体積％以上含有し平均粒子径が０．２〜１．５μｍである微粒子とからなる、（ａ）と（ｂ）の混合粉を用いることが好ましい。絶縁層中の粗粒子と微粒子の割合としては粗粒子が３４〜７０体積％、微粒子が３〜２４体積％であることが好ましい。また、粗粒子と微粒子を混ぜ合わせて用いる場合には少なくともその一方が球状であることがより好ましい。
無機フィラーの配合割合は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量１００質量部に対して７０〜９５質量部が好ましく、８０〜９０質量部が一層好ましい。
＜絶縁層中白色顔料＞
本発明の絶縁層には酸化亜鉛、炭酸カルシウム、二酸化チタン、アルミナ、スメクタイトから選ばれる少なくとも１種以上の白色顔料を添加することが好ましい。絶縁層に白色顔料を含有させることにより絶縁層の反射率が向上し、発光ダイオード素子からの光を効率よく前面に照射させることができる。最も屈折率、基板の反射率を高める際には、白色顔料のうち二酸化チタンが好ましい。また、同フィラーにおいて、光を散乱させないためには、白色顔料の平均粒子径を０．３０μｍ以下に限定するのが好ましい。
白色顔料のうち、高屈折率及び高放熱性の双方を持たせる際には、酸化亜鉛が好ましい。また、同フィラーにおいて光を散乱させないためには、平均粒子径が０．３５μｍ以下であることが好ましい。
絶縁層に白色顔料を添加する場合、その添加量は絶縁層全体に対し５〜５０体積％が好ましく、更に好ましくは５〜３０体積％である。あまりに少ないと十分な反射率向上効果が得られず、あまりに多いと十分な分散ができず凝集塊等を形成してしまうためである。
絶縁層の反射率及び絶縁信頼性を高めるため、絶縁層を二層とするのが好ましい。二層とする場合には、内層となる一層目を絶縁性の高い絶縁層に、外層となる二層目を反射率の高い絶縁層に機能分離構造とすることが好ましい。
＜助剤＞
絶縁層には必要に応じてカップリング剤等の分散助剤、溶剤等の粘度調整助剤など公知の各種助剤を添加することが可能である。
＜基板＞
本発明の基板としては、アルミニウム、鉄、銅、又は前記金属の合金、アルミニウム−黒鉛複合体、アルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体からなる群から選ばれればいずれでも構わないが、アルミニウム、銅、又はそれらの合金、アルミニウム合金−黒鉛複合体、アルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体のいずれかが好ましい。また、必要に応じて、絶縁層との密着性を改良するために、絶縁層との接着面側に、サンドブラスト、エッチング、各種メッキ処理、カップリング剤処理等の表面処理も適宜選択可能である。
＜アルミニウム合金−黒鉛複合体＞
アルミニウム合金−黒鉛複合体とは、コークス系黒鉛を原料とする等方性黒鉛材料に、溶湯鍛造法によりアルミニウム合金を加圧含浸したものである。コースクス系黒鉛としては、温度２５℃での熱伝導率が１００〜２００W／ｍKであり、かつ、直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１〜１．３であって、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が２〜５×１０−６／Kであり且つ直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１〜１．３であって、気孔率が１０〜２０体積％であることが好ましい。アルミニウム合金としては珪素３〜２５質量％を含有するものが好ましい。
アルミニウム合金−黒鉛複合体の厚さ方向の熱伝導率は、好ましくは１５０〜３００Ｗ／ｍＫであり、かつ、直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１〜１．３であることが好ましい。熱伝導率が低過ぎると放熱特性が不足し、あまりに大き過ぎると、特性上の制約はないが、材料自体が高価になったり、特性の異方性が強くなったりするため好ましくない。また、直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値があまりに大きいと、放熱特性の異方性が大きくなりすぎて、発光ダイオード素子の温度が上昇する等の問題があり好ましくない。
アルミニウム合金−黒鉛複合体は、温度２５℃〜１５０℃での熱膨張係数が４〜７．５×１０−６／Ｋであり、かつ、直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１〜１．３であることが好ましい。温度２５℃〜１５０℃での熱膨張係数が小さ過ぎても大き過ぎても、アルミニウム合金−黒鉛複合体と発光ダイオード素子の熱膨張係数の差が大きくなりすぎて、接続部の劣化による寿命低下等の問題が発生し好ましくない。更に、温度２５℃〜１５０℃の直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値があまりに大きくなり過ぎると、アルミニウム合金−黒鉛複合体の熱膨張係数の異方性が大きくなり過ぎ、発光ダイオード素子発光時に素子に不均一な応力が加わり、寿命低下等の問題が発生し好ましくない。
＜アルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体＞
アルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体とは、黒鉛粉末６０〜９０体積％と炭化珪素粉末を１０〜４０体積％からなる気孔率が１０〜３０体積％の成形体に、高圧鍛造法でアルミニウム合金を加圧含浸したものである。アルミニウム合金としては珪素３〜２５質量％を含有するものが好適に用いることができる
アルミニウム合金−黒鉛-炭化珪素質複合体の厚さ方向の熱伝導率は、２００Ｗ/（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、更に好ましくは２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。熱伝導率が低過ぎると、放熱特性が不足し、あまりに高いと、特性上の制約はないが、材料自体が高価になるため好ましくない。
アルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体は、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が１２×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。熱膨張係数があまりに大きいと発光ダイオード素子の熱膨張係数の差が大きくなりすぎて、接続部の劣化による寿命低下等の問題が発生し好ましくない。
＜基板の厚み＞
基板の厚さは０.１０ｍｍ〜４ｍｍが好ましい、あまりに薄いとハンドリング性が低下し、あまりに厚いと、技術的な制限はないが、照明用LEDモジュールとしての用途が見いだせず、実用的でない。
＜導電層＞
導電層としては、アルミニウム、鉄、銅、又は、これら金属の合金を選択でき、電気特性から、銅又はその合金が好ましい。また、発光ダイオード素子の実装面には発光ダイオード素子の実装時の接合性改善や表面の酸化防止の為、また絶縁層との接着面側には絶縁層との接着性向上の為に、サンドブラスト、エッチング、各種メッキ処理、カップリング剤処理等の表面処理も適宜選択可能である。
＜回路厚み＞
導電層の厚さは０．００５ｍｍ〜０．４００ｍｍが好ましく、更に好ましくは０．０１８ｍｍ〜０．２１０ｍｍである。０．００５ｍｍ未満ではLEDモジュール基板として十分な導通回路を確保できず、０．４０ｍｍを超えると回路形成の製造プロセス上の問題がある。
＜絶縁層＞
本発明において、絶縁層の厚さは、５０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。５０μｍ以上であれば電気絶縁性が確保できるし、２００μｍ以下で熱放散性が十分に達成できるし、小型化や薄型化に寄与できる。
＜発光ダイオード素子＞
本発明にあっては、モジュール基板の導電層上に複数の発光ダイオード素子が取り付けられる。発光ダイオード素子としては紫外〜青色の波長域の光を発するものが好ましく、その材質としてInGaN、AlGaAs、AlGaInPがある。その構造についてもOne-Wire type（図５参照）、Double-Wire type（図６参照）やFace down type（図７参照）等を用いることができる。
発光ダイオード素子の構造については、図３又は図４に記載の構成の場合には、発光ダイオード素子のモジュール基板との接合面にサファイア等の絶縁性の層を有するDouble-Wire typeを用いる必要があり、図１に記載の構成の場合にはDouble-Wire type、One-Wire type、Face down typeを用いることができる。
＜発光ダイオード素子実装＞
発光ダイオード素子のモジュール基板への実装には、クリーム半田、共晶半田、鉛フリー半田等による半田実装、Agワイヤー、Auワイヤーによるワイヤーボンディング等公知の方法を用いることができる。
＜蛍光体＞
本発明の蛍光体（図示省略）は、発光ダイオード素子の光照射側に配置されたものであり、この配置によって、発光ダイオード素子からの光を受け可視光を発するものである。蛍光体としては、α型サイアロン、β型サイアロン、ＹＡＧ蛍光体、カズン蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３）などのうち少なくとも１種を含んでいればよく、併用も可能であり、そのうち、α型サイアロン、β型サイアロンが好ましい。
＜α型サイアロン＞
本発明にあっては、蛍光体として、α型サイアロン蛍光体を採用する際、一般式：（Ｍ）ｘ（Ｅｕ）ｙ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（ただし、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素）で示されるα型サイアロンであり、酸素含有量が１．２ｍａｓｓ％以下であり、α型サイアロンを構成する一次粒子が柱状化しているα型サイアロン蛍光体であるのが好ましい。
α型サイアロン蛍光体を採用する際、さらに好ましくは、その粒度分布を、レーザー回折散乱法によって測定したＤ５０が５〜２０μｍ、Ｄ１０が２〜１５μｍ、かつＤ９０が６〜５０μｍの範囲とすると、高輝度化が図れる。
＜β型サイアロン＞
本発明にあっては、蛍光体として、β型サイアロン蛍光体を採用する際、一般式：Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚで示され、Ｅｕを含有するβ型サイアロンを主成分とする蛍光体であって、電子スピン共鳴スペクトルによる計測における２５℃でのｇ＝２．００±０．０２の吸収に対応するスピン密度が２．０×１０１７個／ｇ以下であるものが好ましい。
β型サイアロン蛍光体を採用する際、さらに好ましくは、その粒度分布を、レーザー回折散乱法によって測定したＤ５０が６〜３０μｍであり、かつＤ１０が４μｍ以上であり、かつ比表面積が０．５ｍ２／ｇ以下の範囲とすると、高輝度化が図れる。
＜蛍光体の封止材＞
蛍光体は、発光ダイオード素子を保護する封止材中に1〜５０質量％の範囲で分散させ、発光ダイオードチップの上部に配置するのが好ましい。封止材としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂等の熱硬化樹脂等があり、本発明においては高屈折率、高耐熱性が必要なため、シリコーン樹脂がより好ましい。
＜ソルダーレジスト膜＞
本発明のモジュール基板の表面にはソルダーレジスト膜を設けることができ、ソルダーレジスト膜として可視光の波長域の反射率が高い膜を形成することで発光ダイオード素子からの光を効率よく前面に照射させることができる。ソルダーレジスト膜は、発光ダイオード素子の発光を阻害しないため、発光ダイオード素子の発光部、配線部等には積層しないのが好ましい。
ソルダーレジスト膜の反射率は、４００〜８００ｎｍの波長の光に対して７０％以上の反射率を有することが好ましく、更に好ましくは４５０〜４７０ｎｍ、５２０〜５７０ｎｍ及び６２０〜６６０ｎｍのそれぞれの波長の範囲で反射率の最大値がいずれも８０％以上、さらには８５％以上であるのが好ましい。
ソルダーレジスト膜は、レジスト材として使用される紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂の何れか一方を少なくとも含有する樹脂組成物に白色顔料を含有するものである。これら硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂及びこれらの混合物が好適に用いられる。白色顔料としては、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、二酸化チタン、アルミナ、スメクタイトから選ばれる少なくとも１種以上を含有することが好ましく、これらの中でも特に二酸化チタンが好ましい。二酸化チタンでは、ルチル型のものは安定性に優れるため光触媒作用が弱く、他の構造のものに比べ樹脂成分の劣化が抑制されるため好適に用いることができる。更に二酸化チタンを各種表面処理し光触媒作用を抑制したものが好ましく、表面処理方法としては、二酸化珪素又は水酸化アルミニウム等によるコーティングがある。
白色膜中の白色顔料の含有量は、あまりに少な過ぎると十分な反射効果が得られず、あまりに多過ぎると膜形成時の流動性が低下し均一な膜を形成できなくなるため、３０〜７０体積％が好ましく、より好ましくは３０〜６０体積％である。
＜リフレクタ＞
本発明のモジュール基板には、更に発光ダイオード素子からの光を効率よく前面に照射させるため、リフレクタを形成することが好ましい。リフレクタの形状、材質は、適宜選択して採用することができ、別体のリフレクタを用いるだけでなく、本発明の図３のような構成を取る場合、発光ダイオード素子搭載部のザグリ形状を円錐状又はドーム状とすることで絶縁層自体をリフレクタとすることもできる。
次に、実施例に基づいて、図を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
＜参考例１＞
参考例１の照明用LEDモジュールは、図１及び図２に示すように、モジュール基板４と、モジュール基板４の導電層３上に取り付けられた複数の発光ダイオード素子５と、発光ダイオード素子５の光照射側に配置された蛍光体（図示省略）を有するものである。モジュール基板４は、基板１と、基板１上に積層された1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層２と、絶縁層２上に導電パターンを有しつつ積層された導電層３を有するものである。図１
の符号６はワイヤーディング、７は封止材、符号８はダム材である。図２の符号１６は配線部である。
基板１として厚さ１．０ｍｍのアルミニウム、導電層３として厚さ３５μｍの銅を採用した。
絶縁層２は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、「ＥＰ−８２８」）に、硬化剤としてフェノールノボラック（大日本インキ化学工業社製、「ＴＤ−２１３１」）を加え、平均粒子径が１．２μｍである破砕状粗粒子の酸化珪素（龍森社製、「Ａ−１」）と平均粒子径１０μｍである破砕状粗粒子の酸化珪素（龍森社製、「５Ｘ」）を合わせて絶縁層中５６体積％（破砕状粗粒子と破砕状微粒子は質量比が７：３）となるように配合したものである。該絶縁層の熱伝導率は２W/mKであった。
基板１の上に絶縁層２を厚み８０μｍになるように積層し、導電層３を積層し、さらに導電層３の上に化学エッチングにより回路（図示省略）を形成し、モジュール基板４を得た。
モジュール基板４には、出力１．５ＷのＯｎｅ−Ｗｉｒｅ typeの発光ダイオード素子３６個（図示一部省略）をクリーム半田と金ワイヤーによるワイヤーボンディング６により実装した。
更に、図示は省略したが、α型サイアロン蛍光体をシリコーン系封止材（東レダウコーニング社ＪＣＲ６１２５）に２０質量％分散した封止材により封止した。その後、ダム材８を設け、ダム材８内に封止材７を充填し、本実施例に係る照明用LEDモジュールを完成させた。
評価として、実施例１の照明用LEDモジュール中央付近の封止材７を除去した照明用LEDモジュールを作成し、発光ダイオード素子に電圧を印可し、発光ダイオード素子の上面の温度をサーモグラフィーにより測定したところ、発光ダイオード素子の温度は９５℃であった。
＜比較例１＞
絶縁層としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、「ＥＰ−８２８」）に、硬化剤としてフェノールノボラック（大日本インキ化学工業社製、「ＴＤ−２１３１」）を配合したものを用いた以外は実施例１と同様にした。該絶縁層の熱伝導率は０．２W/mKであった。実施例１と同様にしてモジュール中央付近の封止材７を除去したモジュールを作成し所定の出力となるよう発光ダイオード素子に電圧を印可したところ、発光ダイオード素子の温度は１４５℃であった。
＜比較例２＞
基板１として厚さ１．０ｍｍのガラスを用いた以外は実施例１と同様にした。実施例１と同様にしてモジュール中央付近の封止材７を除去したモジュールを作成し所定の出力となるよう発光ダイオード素子に電圧を印可したところ、１５分で発光ダイオード素子の温度は１５０℃以上となった。
＜実施例２＞
基板１としてアルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体を用いた以外は実施例１と同様にした。発光ダイオード素子５の温度は９０℃であった。
＜参考例３＞
照明用LEDモジュールの構造を図３とし、炭酸ガスレーザーにより絶縁層２に間欠部を形成し、発光ダイオード素子５を出力１．５WのTwo-Wire typeの用いた以外は参考例１と同様にした。発光ダイオード素子５の温度は６７℃であった。
＜実施例４＞
基板１としてアルミニウム合金-黒鉛-炭化珪素質複合体を用いた以外は実施例３と同様にした。光ダイオード素子の温度は６７℃であった。
＜比較例３＞
基板１として厚さ１．０ｍｍのガラスを用いた以外は実施例３と同様にした。実施例１と同様にしてモジュール中央付近の封止材７を除去したモジュールを作成し所定の出力となるよう発光ダイオード素子に電圧を印可したところ、１５分で発光ダイオード素子の温度は１５０℃以上となった。
＜参考例５＞
照明用LEDモジュールの構造を図４とし、基板１として銅を用い、発光ダイオード素子５を出力１WのTwo-Wire typeとした以外は参考例１と同様にした。発光ダイオード素子５の温度は８９℃であった。
＜参考例６＞
参考例１の絶縁層２に、酸化亜鉛で形成された白色顔料を形成したら、発光強度が強くなった。
＜参考例７＞
参考例１のモジュール基板４の表面にソルダーレジスト膜を形成したら、参考例１よりも発光強度が強くなった。
＜参考例８＞
参考例１のα型サイアロンをβ型サイアロンに変更しても、照明用モジュールとして高輝度を得ることができた。
＜実施例８＞
実施例１ではα型サイアロン蛍光体をシリコーン系封止材（東レダウコーニング社ＪＣＲ６１２５）に２０質量％分散した封止材により封止したが、本実施例では、封止材７にα型サイアロン蛍光体を充填した。本実施例８では、封止材７全体に蛍光体を配合したので実施例１より高輝度化が図れた。

Claims (7)

  1. アルミニウム合金−黒鉛−炭化珪素複合体からなる基板（１）と、基板（１）上に積層された、平均粒子径が５〜５０μｍである破砕状酸化珪素粗粒子３４〜７０体積％と平均粒子径が０．２〜１．５μｍの破砕状酸化珪素微粒子３〜２４体積％を含有し、かつ1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層（２）と、絶縁層（２）上に導電パターンを有しつつ積層された導電層（３）を有するモジュール基板（４）と、
    モジュール基板（４）の導電層（３）上に取り付けられた複数の発光ダイオード素子（５）と、
    発光ダイオード素子（５）の光照射側に配置された蛍光体を有する照明用LEDモジュール。
  2. アルミニウム合金−黒鉛−炭化珪素複合体からなる基板（１）と、基板（１）上に間欠的に積層された、平均粒子径が５〜５０μｍである破砕状酸化珪素粗粒子３４〜７０体積％と平均粒子径が０．２〜１．５μｍの破砕状酸化珪素微粒子３〜２４体積％を含有し、かつ1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層（２）と、絶縁層（２）上に導電パターンを有しつつ積層された導電層（３）を有するモジュール基板（４）と、
    モジュール基板（４）のうちの絶縁層（２）が積層されていない基板（１）上に取り付けられた複数の発光ダイオード素子（５）と、
    発光ダイオード素子（５）の光照射側に配置された蛍光体を有する照明用LEDモジュール。
  3. アルミニウム合金−黒鉛−炭化珪素複合体からなる基板（１）と、基板（１）上に間欠的に積層された、平均粒子径が５〜５０μｍである破砕状酸化珪素粗粒子３４〜７０体積％と平均粒子径が０．２〜１．５μｍの破砕状酸化珪素微粒子３〜２４体積％を含有し、かつ1W/mK以上の熱伝導性を有する絶縁層（２）と、絶縁層（２）上に導電パターンを有しつつ積層された導電層（３）と、絶縁層（２）の間欠箇所に設けられた導電性の支柱（９）を有するモジュール基板（４）と、
    支柱（９）上に取り付けられた発光ダイオード素子（５）と、
    発光ダイオード素子（５）の光照射側に配置された蛍光体を有する照明用LEDモジュール。
  4. 絶縁層に、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、二酸化チタン、アルミナ、スメクタイトから選ばれる少なくとも１種以上の白色顔料が添加されている請求項１乃至３のいずれか一項記載の照明用LEDモジュール。
  5. モジュール基板の表面にソルダーレジスト膜を形成した請求項１乃至４のいずれか一項記載の照明用LEDモジュール。
  6. 蛍光体が、一般式：（Ｍ）ｘ（Ｅｕ）ｙ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（ただし、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素）で示されるα型サイアロンであり、酸素含有量が１．２ｍａｓｓ％以下であり、α型サイアロンを構成する一次粒子が柱状化しているα型サイアロン蛍光体である請求項１乃至５のいずれか一項記載の照明用LEDモジュール。
  7. 蛍光体が、一般式：Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚで示され、Ｅｕを含有するβ型サイアロンを主成分とする蛍光体であって、電子スピン共鳴スペクトルによる計測における２５℃でのｇ＝２．００±０．０２の吸収に対応するスピン密度が２．０×１０１７個／ｇ以下である請求項１乃至５のいずれか一項記載の照明用LEDモジュール。
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