JPWO2015093170A1 - 発光装置用基板、発光装置、及び、発光装置用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

高反射率と高放熱性と絶縁耐圧性と耐熱・耐光性とに優れた基板を提供する。基板（５）は、アルミニウム基体（１０）と、発光素子との電気的接続をとるための電極パターン（２０）とアルミニウム基体（１０）との間にセラミックスを含有して形成されて前記発光素子からの光を反射する反射層（１７）と、反射層（１７）の絶縁耐圧性能を補強するために形成された樹脂を含有して、且つ、熱伝導性の高い中間層（１６）とを備える。

Description

本発明は、金属材料からなる基体と、発光素子との電気的接続を取るための電極パターンと前記基体との間にセラミックスを含有して形成されて前記発光素子からの光を反射する絶縁層とを備えた発光装置用基板、これを用いた発光装置、及び、発光装置用基板の製造方法に関し、特に、発光装置に好適に設けられる発光装置用基板、これを用いた発光装置、及び、発光装置用基板の製造方法に関する。

発光装置に使用される基板として基本的に備える必要がある性能としては、高反射率と、高放熱性と、絶縁耐圧と、長期信頼性とを挙げることができる。特に、高輝度照明に用いられる発光装置用基板には、高い絶縁耐圧性が必要とされる。

従来、発光装置用基板として、セラミックス基板、金属基体上に絶縁層として有機レジスト層を備えた基板などが知られている。以下、セラミックス基板及び金属基体を用いた基板の構成を説明する。

（セラミックス基板）
例えば、セラミックス基板は、板状のセラミックス基体に電極パターンを形成して作製される。発光装置の高出力化傾向に伴って、発光素子を基板上に多数並べて、明るさを向上させることが追及された結果、年々、セラミックス基板は大型化の一途をたどってきた。

具体的には、投入電力３０Ｗで使用される一般的なＬＥＤ発光装置を、例えば、寸法６５０μｍ×６５０μｍ程度あるいはその前後の青色ＬＥＤ素子を中型サイズに分類される一つの基板に並べて実現する場合、１００個程度の青色ＬＥＤ素子が必要である。この１００個程度の数の青色ＬＥＤ素子を並べるセラミックス基板としては、例えば、平面サイズで２０ｍｍ×２０ｍｍ以上、厚み１ｍｍ程度を用いたものがある。

また、投入電力１００Ｗ以上の更に明るいＬＥＤ発光装置を実現しようとした場合、このようなセラミックス基板の大型化を基本とした技術開発の帰結として、４００個以上の青色ＬＥＤ素子を一挙に搭載することが可能である、少なくとも平面サイズで４０ｍｍ×４０ｍｍ以上のより大型のセラミックス基板が必要とされる。

しかしながら、上述したようなセラミックス基板の大型化の要求に従って、セラミックス基板を大型化して商業ベースで実現しようとしても、セラミックス基板の強度と製造精度と製造コストとの３つの課題のため商業ベースでの実現が困難であった。

セラミックス材料は、基本的に焼き物であるため、大型化するとセラミックス基板の強度に課題が生じる。この課題を克服するためにセラミックス基板を厚くすると、熱抵抗が高くなる（放熱性が悪くなる）と同時に、セラミックス基板の材料コストも上昇してしまうという新たな課題が生じてしまう。また、セラミックス基板を大型化すると、セラミックス基板の外形寸法ばかりでなく、セラミックス基板上に形成される電極パターンの寸法も狂いやすくなり、その結果として、セラミックス基板の製造歩留が低下してセラミックス基板の製造コストが上昇し易いという課題がある。

（金属基体を用いた基板）
また例えば、セラミックス基板での上記課題を克服する目的で、高出力発光装置に使用する基板として、熱伝導性の高い金属基体を使用する場合がある。ここで、金属基体上に発光素子を搭載するためには、発光素子と接続する電極パターンを形成するためにも金属基体上に絶縁層を設けなくてはならない。

高出力発光装置用基板において従来絶縁層として使用されている材料としては有機レジストがあげられる。また、セラミックス系塗料を用いて絶縁層を形成しても良い。高出力発光装置用基板で光利用効率を向上させるためには、上記絶縁層は、高光反射性を有している必要がある。

しかしながら、高出力発光装置用基板において従来から絶縁層として使用されている有機レジストを用いる場合、十分な熱伝導性、耐熱性、耐光性が得られず、また、高出力発光装置用基板として必要な絶縁耐圧性が得られない。また、光の利用効率を向上させるためには、絶縁層を介して金属基体側に漏れる光を反射させる必要があるが、従来の有機レジストを絶縁層として用いた構成では十分な光反射性が得られない。

他方、金属基体表面にセラミックス系塗料を用いて光反射層兼絶縁層を形成した高出力発光装置用基板では、反射率、耐熱性、耐光性の良好な高出力発光装置用基板を実現することができる。

特開昭５９−１４９９５８号公報（１９８４年８月２８日公開） 特開２０１２−１０２００７号公報（２０１２年５月３１日公開） 特開２０１２−６９７４９号公報（２０１２年４月５日公開） 特開２００６−３３２３８２号公報（２００６年１２月７日公開）

しかしながら、金属基体表面にセラミックス系塗料を用いて光反射層兼絶縁層を形成した発光装置用基板の場合には、反射率、耐熱性、耐光性に優れるものの、絶縁耐圧性が低いという問題があった。例えば、当該発光装置用基板で投入電力１００Ｗ以上の明るいＬＥＤ照明用発光装置を実現しようとした場合、上記セラミックス基板とは違い、高輝度照明用途の発光装置用基板に必要とされる高い絶縁耐圧性が確保できない。

これは以下の事情による。明るさを必要とする高輝度タイプの照明装置においては、発光素子を直列接続し、高い電圧で発光させるのが一般的である。短絡防止および安全性の観点から、このような照明装置では例えば４〜５ｋＶ以上の絶縁耐圧性が照明装置全体として必要とされ、発光装置用基板に対しても同等の絶縁耐圧性が必要とされることが多い。

セラミックス基板では絶縁層が厚いので、上記高輝度タイプの照明装置に見合った絶縁耐圧性が容易に得られる。これに対して、金属基体表面にセラミックス系塗料を用いて光反射層兼絶縁層を形成した発光装置用基板の場合には、前記絶縁層の形成が難しいため、絶縁耐圧性を安定して再現することが困難である。

アルミニウムのように低融点の金属上でも用いられるセラミックス系塗料としては、ガラスバインダーを用いたものが挙げられる。

このときゾル・ゲル法を用いることでガラスの溶融温度よりもずっと低い温度で溶融状態を経ることなくガラス質の膜を合成できる。すなわち２００℃〜５００℃といった低温で焼成するとガラス質にセラミックス粒子が覆われる形でセラミックス層、実際にはセラミックスとガラス質の混合層を形成することが出来る。ところが、ゾル状のガラス原料を乾燥しゲル化した状態で現れるガラス質は多孔性の膜である。焼結することでかなりの孔は消失するが、薄い膜では焼結後も孔を完全にはふさぎきることが出来ず、前記セラミックスとガラス質の混合層では絶縁耐圧性に劣る場合がある。

そこで、前記光反射層兼絶縁層の厚みを厚くして必要とされる高い絶縁耐圧性能を安定して確保しようとすると今度は熱抵抗が高くなり、放熱性が低下するという問題が生じる。更に、ゾル・ゲル法で前記光反射層兼絶縁層の厚膜を形成しようとすると膜にクラックが入り易くなり、やはり絶縁耐圧性を低下させてしまう。

ゾル・ゲル法以外の方法を用い、ガラス質で被覆されたセラミックス層を合成する方法としては、セラミックス粒子と低融点ガラス粒子との混合物を使用する場合がある。低融点ガラス粒子を一旦溶融後硬化させてセラミックス粒子含有ガラス層を形成する。しかし、低融点ガラスといえども、８００℃〜９００℃程度の温度が必要なため、アルミニウムなどのように低融点で一般的な金属では前記プロセスに耐えられない。

以上のように、従来の金属基体を用いた発光装置用基板においては、熱抵抗が低く放熱性に優れ、且つ、反射率と絶縁耐圧性にも優れた基板は、量産に適した形で存在しないという問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高反射率と高放熱性と絶縁耐圧性と耐熱・耐光性を含む長期信頼性とを兼ね備え、更に量産性にも優れた発光装置用基板と、発光装置用基板を用いた発光装置と、発光装置用基板の製造方法とを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置用基板は、金属材料からなる基体と、発光素子との電気的接続を取るための電極パターンと前記基体との間にセラミックスを含有して形成されて前記発光素子からの光を反射する第１絶縁層と、前記第１絶縁層の絶縁耐圧性能を補強するために形成された樹脂を含有して、且つ、熱伝導性の高い第２絶縁層とを備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、高反射率と高放熱性と絶縁耐圧性と耐熱・耐光性を含む長期信頼性とを兼ね備え、更に量産性にも優れた発光装置用基板を提供することができるという効果を奏する。

（ａ）は、本発明の実施形態１の基板の平面図、（ｂ）は、その断面図、（ｃ）は、その断面の拡大図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態１の基板の製造工程を説明する模式図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２の基板の平面図、（ｂ）は、その断面図、（ｃ）は、その断面の拡大図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態２の基板の製造工程を説明する模式図である。 （ａ）は、本発明の実施形態３の発光装置の平面図、（ｂ）は、その断面図である。 ヒートシンクに装着された上記発光装置の俯瞰図である。 （ａ）本発明の実施形態３の発光装置を適用した照明装置の俯瞰図であり、（ｂ）は、その断面図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

〔実施形態１〕
実施形態１について、図１及び図２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

（実施形態１に係る基板の構造）
図１の（ａ）は、本発明の実施形態１の基板（発光装置用基板）５の平面図、（ｂ）は、その断面図、（ｃ）は、その断面の拡大図である。基板５は、その上に発光素子６（図５）を配置させた発光装置４（図５）に用いられるものである。発光装置４の一例を図５に示す。どの図面もそうであるが、寸法、形状、個数等は、必ずしも、実際の基板、発光素子、発光装置とは同一ではない。基板５を用いた発光装置４については実施の形態３にて説明する。

基板５には、図１の（ｃ）に示すように、アルミニウム基体（基体）１０の表面上に、中間層（第２絶縁層）１６が形成されている。そして、中間層１６とアルミニウム基体１０の端面とを覆うように反射層（第１絶縁層）１７が形成されている。反射層１７の中間層１６側の面と反対側の面に電極パターン２０が形成されている。電極パターン２０は、正極電極パターン２０ａと負極電極パターン２０ｂとを含む。正極電極パターン２０ａ及び負極電極パターン２０ｂは、それぞれ、導電層からなる下地の回路パターン（非図示）とそれを覆うメッキとから成る。正極電極パターン２０ａ及び負極電極パターン２０ｂは、基板５上に配置する発光素子６（図５）との電気的接続を取るための配線である。また、アルミニウム基体１０の中間層１６側の面と反対側の面を覆うように保護層（アルマイト層）１９が形成されている。

反射層１７は、発光素子６を電気的に接続させる電極パターン２０とアルミニウム基体１０との間にセラミックスを含有して形成されて発光素子６からの光を反射する。中間層１６は、樹脂を含有して、且つ、熱伝導性が高く、反射層１７の絶縁耐圧性能を補強する。中間層１６の厚みは、５０μｍ以上１５０μｍ以下である。

中間層１６と反射層１７とは共に絶縁層であるが、反射層１７は光反射機能を確保することができるための必要最低限の厚みとし、反射層１７だけでは不足する絶縁耐圧性能は中間層１６を構成する樹脂層により補う。反射層１７は、混合させるセラミックス材料とその量にも依存するが、概ね１０μｍ以上１００μｍ以下の厚みを有すれば反射率は飽和する。中間層１６の絶縁耐圧性に対応する厚みは、中間層１６に使用するセラミックスと樹脂との材料と配合量とにもよるが、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。例えば、中間層１６に１００μｍの厚みがあれば、中間層１６だけで最低でも１．５ｋＶ〜３ｋＶ以上の絶縁耐圧性を確保することが出来る。中間層１６の厚みが１５０μｍであれば、中間層１６だけで最低でも２．３ｋＶ〜４．５ｋＶの絶縁耐圧性を確保することが出来る。最終的には、反射層１７に用いた絶縁層の絶縁耐圧性と、中間層１６に用いた絶縁層の絶縁耐圧性とを合計した絶縁耐圧が所望の絶縁耐圧になるように、中間層１６の厚みを決定すればよい。この合計した絶縁耐圧が４ｋＶ〜５ｋＶ程度になるように反射層１７及び中間層１６を構成することが望ましい。

このようにして、アルミニウム基体１０上に形成した中間層１６と反射層１７とを含む絶縁層上に電極パターン２０を形成することで、高反射率と、高放熱性と、高絶縁耐圧性と、耐熱・耐光性を含む長期信頼性とを兼ね備え、高輝度照明にも適した発光装置用基板を実現することができた。

アルミニウム基体１０としては、例えば、縦５０ｍｍ横５０ｍｍ厚み３ｍｍｔのアルミニウム板を用いることができる。アルミニウムの長所として、軽量で加工性に優れ、熱伝導率が高いことが挙げられる。アルミニウム基体１０には保護層１９の形成のための陽極酸化処理を妨げない程度のアルミニウム以外の成分が含まれていてもよい。

本実施の形態では、基板５に対して、高い絶縁耐圧特性と高い放熱性とを安定的に付与するために、樹脂を含有し、熱伝導性の高い絶縁体である中間層１６が、反射層１７とアルミニウム基体１０の間に介在する。

樹脂は一般に熱伝導率が低いことで知られているが、中間層１６を形成する樹脂は、熱伝導率の高いセラミックス粒子を樹脂バインダーに混合して硬化させることにより、熱伝導率が高く、電気的絶縁性に優れた樹脂層を実現している。ここでは、中間層１６を形成する樹脂としてエポキシ樹脂を用い、上記セラミックス粒子としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を使用している。

中間層１６に用いるセラミックス粒子としては、アルミナの他にも窒化アルミニウム、窒化ケイ素が、熱伝導率と絶縁耐圧性能がともに良好であることから好ましい。炭化ケイ素は熱伝導率が高く、ジルコニア、酸化チタンは絶縁耐圧性能が高い。このため、炭化ケイ素、ジルコニア、酸化チタンは、中間層１６に用いるセラミックス粒子として、目的や用途に応じて使い分ければよい。

ここで言うセラミックス粒子は、金属酸化物に限定されるものではなく、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素なども含む広義のセラミックス、すなわち、無機固形体材料全般を含む。これら無機固形体材料のうち、耐熱性、熱伝導性に優れた安定な物質であり、絶縁耐圧性に優れた物質であれば任意の物質を、中間層１６に用いるセラミックス粒子として使用して構わない。

中間層１６に用いる上記樹脂バインダーとしては、絶縁耐圧性と耐熱性が高いことが好ましい。上記エポキシ樹脂以外では、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、並びに、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）及びＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ）に代表されるフッ素樹脂が、中間層１６に用いる樹脂バインダーとして好ましい。

これらの樹脂バインダーに前記セラミックス粒子を混合して乾燥・焼結等により、高い熱伝導率と高い絶縁性とを両立した樹脂からなる中間層１６を形成する。樹脂バインダーをアルミニウム基体１０上で加熱して溶融した後、硬化させてアルミニウム基体１０に接合することにより中間層１６を形成してもよいが、予め、シート状に形成した樹脂をアルミニウム基体１０に接合して中間層１６を形成しても良い。

なお、中間層１６に用いるセラミックス粒子は、反射層１７に用いるセラミックス粒子よりも熱伝導率が高いことが望ましい。後で説明する通り、本実施の形態では反射層１７にセラミックス粒子としてジルコニア粒子を用いている。反射層１７のジルコニア粒子に対し、中間層１６ではセラミックス粒子としてアルミナを使用している。アルミナの熱伝導率は、ジルコニア粒子の熱伝導率よりも高いため、高い絶縁耐圧を維持したまま、中間層１６の熱伝導率を、反射層１７に比べて上げることが可能となる。

反射層１７に用いるセラミックス粒子よりも熱伝導率が高いセラミックス粒子を中間層１６に使用することは好ましいが、結果として、光反射層１７の熱伝導率よりも、中間層１６の熱伝導率が高くなるのであれば、中間層１６のセラミックス粒子の熱伝導率が反射層１７のセラミックス粒子の熱伝導率よりも高くなくても良く、どのようなセラミックス粒子を用いても構わない。

反射層１７は、発光素子６（図５）からの光を反射させる絶縁性の材料から成る。本実施の形態では、反射層１７はセラミックス粒子を含む絶縁層により形成される。セラミックス粒子は、絶縁耐圧性が高いため、アルミニウム基体１０と電極パターン２０との短絡防止に寄与する。反射層１７の膜厚は、基板５の反射率を考慮して、例えば、膜厚を５０μｍ〜１００μｍ程度とするのが望ましい。

保護層１９は、アルミニウムの陽極酸化皮膜（アルマイト）である。保護層１９は、基板５の完成後は、アルミニウム基体１０の酸化による腐食を防止する層として機能する。また、保護層１９は、基板５の製造工程にあっては、電極パターン２０を形成するために必要なメッキ処理の際にメッキ液から基体１０を保護すると同時に、余分なメッキの析出を防ぐ保護層として機能する。

（実施形態１に係る基板５の製造方法）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態１の基板５の製造工程を説明する模式図である。次に、実施形態１に係る基板５の製造方法を、図２を参照して説明する。

まず、基体１０の表面に中間層１６を形成する（中間層形成工程）。そして、中間層１６とアルミニウム基体１０の端面とを覆うように反射層１７を形成する（反射層形成工程）。次に、基体１０の裏面を覆うように保護層１９を形成する（保護層形成工程）。

本実施の形態では、光を反射させる絶縁性の反射層１７は、光反射性セラミックスとしてジルコニアを含有する絶縁層であり、ガラス系バインダーを用いて焼結により形成している。中間層１６に樹脂を用いているため、中間層形成工程の後段工程である反射層形成工程のための焼成温度を高温に上げることはできない。このため、反射層形成工程では、比較的低温での焼成が可能な、ゾル・ゲル法によるガラス質の合成に用いるゾルをジルコニア粒子のバインダーとして用いて、中間層１６上にスクリーン印刷により塗布し、２００℃で乾燥、焼成することにより反射層１７を形成している。

反射層１７に用いる光反射性セラミックス粒子の主要なものとしては、ジルコニア以外に酸化チタン、アルミナ、窒化アルミニウムなどが挙げられる。

ここで言うセラミックス粒子も、金属酸化物に限定されるものではなく、窒化アルミニウムなども含む広義のセラミックス、すなわち、無機固形体材料全般を含む。これら無機固形体材料のうち、耐熱性、熱伝導性に優れた安定な物質であり、光反射、光散乱に優れた物質であれば任意の物質を、反射層１７の光反射性セラミックス粒子に使用して構わない。このため、光吸収が生じる粒子は、反射層１７のセラミックス粒子として適当ではない。例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素などは一般に黒色であり、反射層１７に使用するセラミックス粒子としては適当ではない。

光を反射させる絶縁性の反射層１７は、ジルコニア等の光反射性セラミックスを含有する絶縁層である。反射層１７は、ガラス系バインダー、又は、耐光・耐熱性を備えた樹脂バインダーに混ぜたセラミックス粒子を、乾燥や焼成等により当該バインダーを硬化させて、セラミックス粒子を含む絶縁性反射層として基板５の最外層に形成する。

ガラス系バインダーは、ゾル・ゲル反応でガラスを合成するゾル状物質からなる。樹脂バインダーは、耐熱性・耐光性に優れ透明性も高い、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂により構成する。樹脂バインダーと比較して、耐熱性・耐光性に優れ、熱伝導率も高いためガラス系バインダーを使用する方がより好ましい。

ゾル・ゲル法に用いるガラス系バインダーは、焼成温度が２００℃−５００℃と比較的低く、適切なプロセス温度を選択すれば、中間層１６に樹脂による絶縁層を用いても、製造プロセスで中間層１６にダメージを与えることは無い。前記樹脂バインダーを用いる場合も同様に中間層１６にダメージを与えることは無い。

中間層１６の樹脂としては、エポキシ樹脂を用いているが、高耐熱性のエポキシ樹脂では２５０℃程度まで耐熱性のあるものも存在するため、ゾル・ゲル法を用いることで、エポキシ樹脂からなる中間層１６上にジルコニア粒子がガラス質層で覆われた絶縁性の反射層１７を形成することが可能である。

フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂では、エポキシ樹脂よりも耐熱性が高いものも存在し、特に、ポリイミド樹脂では５００℃を超える場合もある。このため、ゾル・ゲル法を用いた焼成温度は、使用する樹脂の耐熱性から最適なものを採用すればよい。

ゾル・ゲル法以外では、低融点ガラスの粒子を有機バインダーで固めたものを、再溶融させることでガラス質層を形成する方法がある。しかしながら、再溶融させるには、最低でも８００℃−９００℃必要である。このため、上記再溶融させることでガラス質層を形成する方法は、中間層１６に絶縁体層として樹脂を用いる本実施の形態には不向きである。また、この８００℃−９００℃の温度は、アルミニウム基体１０に用いるアルミニウムの融点６６０℃も超えてしまう。このため、中間層１６の上に反射層１７を形成するためには、上記ゾル・ゲル法によるガラス質の合成が欠かせない。

ガラスは耐光性、耐熱性が優れているため、反射層１７を形成する材料として最も好ましいが、ガラス質の代替として耐熱性、耐光性に優れた樹脂、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂をセラミックス粒子に対するバインダーとして、反射層１７の形成に用いてもよい。上記樹脂は、耐熱性、耐光性の点ではガラス質に劣るものの、ゾル・ゲル法によるガラス合成よりも、前記樹脂の硬化温度は低く、中間層１６に使用できる樹脂の選択肢が増える。

実際の製造では、アルマイト処理の後に封孔処理を行って、保護層１９であるアルミニウムの陽極酸化皮膜に生じた多孔質の孔を塞ぐ。このようにアルマイト処理後、封孔処理まで行えば、保護層１９を形成するアルミニウムの陽極酸化皮膜は安定化する。このため、保護層１９によりアルミニウム基体１０の耐久性、耐食性がより確実なものとなる。

また、アルマイト処理による保護層１９の形成は、反射層１７の形成の後に行うことが、より望ましい。上述のように、反射層１７の形成工程では、セラミックス粒子を含むセラミックス塗料を中間層１６上に塗布した後、ゾル・ゲル法によりガラスを合成して反射層１７を形成する。このときの焼成温度は、２００〜５００℃である。

特に２５０℃以上に温度を上げて焼成すると、保護層１９に亀裂（ひび割れ）が生じ、発光装置用基板の保護膜としての機能が低下する。また、反射層１７の形成を先に行うことで、セラミックス粒子を含む反射層１７が、保護層１９の形成工程におけるアルマイト処理に対して、マスクの役割を果たす。これにより、アルミニウム基体１０上の反射層１７を除くアルミニウム系材料が露出した部分のみが、保護層１９で覆われる。

以上の中間層形成工程、反射層形成工程、及び保護層形成工程により、アルミニウム基体１０が中間層１６と反射層１７と保護層１９とで覆われた基板５が製造される。次に、反射層１７の上に電極パターン２０を以下のように形成する。

まず、図２の（ｃ）に示すように、電極パターン２０の下地として、金属粒子を含有した樹脂からなる金属ペーストを用い、印刷等により回路パターンを描き、乾燥させて下地の回路パターン２２を形成する（下地回路パターン形成工程）。そして、図２の（ｄ）に示すように、メッキ処理により下地回路パターン上に電極用金属を析出させ、電極パターン２０を形成する（電極パターン形成工程）。

アルミニウム基体１０は、既に、セラミックスを含有する高反射率の反射層１７と陽極酸化皮膜の保護層１９とにより被覆されている。そのため、電極パターン形成工程におけるメッキ処理で用いるメッキ液によって、アルミニウム基体１０が侵食されることなく、下地回路パターン２２上にのみ、メッキ液から効率的に電極用金属を析出させることが可能となる。

以上からわかるように、実施形態１によれば、基板５は、樹脂からなる中間層１６をアルミニウム基体１０と反射層１７との間に形成し、中間層１６と反射層１７とからなる絶縁層上に電極パターン２０を形成することにより、高反射率と、高放熱性と、高絶縁耐圧性と、耐熱・耐光性を含む長期信頼性とを兼ね備えた高輝度照明に好適な発光装置用基板となる。そして実施形態１によれば、このような発光装置用基板を、量産性に優れた形で提供することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図３〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図３（ａ）は、本発明の実施形態２の基板の平面図、（ｂ）は、その断面図、（ｃ）は、その断面の拡大図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態２の基板の製造工程を説明する模式図である。

（実施形態２に係る基板の構造）
基板（発光装置用基板）５は、アルミニウム基体（基体）１０を備えている。アルミニウム基体１０の表面及び端面を覆うように反射層（第１絶縁層）１７が形成されている。そして、アルミニウム基体１０の裏面及びアルミニウム基体１０の端面に形成された反射層１７を覆うように保護層３９が形成されている。反射層１７には電極パターン２０が形成されている。

実施の形態１では、熱伝導性の樹脂を中間層１６として、アルミニウム基体１０と反射層１７との間に挿入していたが、本発明はこれに限定されない。先に示した実施の形態１の中間層１６の材質と同じものをアルミニウム基体１０の裏面に配置して保護層３９としてもよい。これは、基体１０の材料が銅の場合でも同様に成り立つ。

実施の形態１で示した基板５のように、発光素子６（図５）の直下に反射層１７及び中間層１６が配置される構造では、この反射層１７及び中間層１６の熱抵抗が基板５全体の熱抵抗に大きく影響を与える。もし、所望の絶縁耐圧を得るために中間層１６の層厚を厚くする必要が生じた場合、熱抵抗が想定以上に上昇してしまう場合が考えられる。これを回避するために、中間層１６を熱源である発光素子６（図５）から離して基体１０の裏面に配置してもよい。基体１０に比べると熱伝導率の低い中間層１６を発光素子６から遠ざけて保護層３９の位置に配置することで、同じ熱伝導率であっても保護層３９の熱抵抗を低下させることができる。保護層３９を通過するまでに、熱が基板５の表面に平行な水平方向に拡散しているためである。

このように、基板５全体の熱抵抗に対する保護層３９で生じる熱抵抗の寄与率は、実施形態１の中間層１６で生じる熱抵抗の場合に比べて非常に小さくすることが出来る。このため、保護層３９の厚みを、中間層１６として使用するときよりも充分厚く取って絶縁性を高めてもよい。このとき、保護層３９の厚みを増大させても、保護層３９の熱抵抗の基板５全体の熱抵抗への影響は僅かである。このため、保護層３９は、高絶縁耐圧であり尚且つ熱抵抗を低く抑えることができる。目安として、反射層１７と中間層１６の厚みの合計、あるいは、反射層１７と保護層３９の合計が１５０μｍ〜２００μｍを超えるような場合には、発光装置の１発光素子当たりの熱抵抗が非常に高くなってしまうので、実施形態１の代わりに実施形態２の構成を採用すると、絶縁性を高めながら熱抵抗を低く抑えることができる。反射層１７の厚みは、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。保護層３９の厚みは、５０μｍ以上であることが好ましい。

（実施形態２に係る基板の製造方法）
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態２の基板の製造工程を説明する模式図である。実施形態２に係る基板５の製造方法を、図４を参照して説明する。

まず、図４の（ａ）に示すように、基体１０の表面及び端面に反射層１７を形成する（反射層形成工程）。そして、図４の（ｂ）に示すように、基体１０の裏面、及び、基体１０の端面に対応する反射層１７の表面に保護層３９を形成する（保護層形成工程）。次に、図４の（ｃ）に示すように、電極パターン２０の下地として、金属粒子を含有した樹脂からなる金属ペーストを用い、印刷等により回路パターンを描き、乾燥させて下地の回路パターン２２を反射層１７の上に形成する（下地回路パターン形成工程）。そして、図４の（ｄ）に示すように、メッキ処理により下地回路パターン上に電極用金属を析出させ、電極パターン２０を形成する（電極パターン形成工程）。

保護層３９を形成することで製造上の利点も生じる。樹脂からなる保護層３９の形成は、反射層１７の形成後に行なうので、反射層１７の焼成温度が保護層３９の耐熱温度に制限されなくなる。実施形態１で述べたようにゾル・ゲル法を用いてガラス質を焼成する温度は２００℃〜５００℃であるが、実施形態２では、５００℃の高温で短時間焼成して反射層１７を形成した後、保護層３９を基体１０の裏面に貼り付けることも可能になる。実施形態１の中間層１６の場合には必ず反射層１７形成に先行して形成されなくてはならないので、中間層１６の耐熱温度に反射層１７のプロセス温度が制限される。また、実施形態１では、反射層１７の焼成による保護層３９の樹脂の劣化も生じない。

もっとも、主たる絶縁性を、実施形態１の中間層１６のようにアルミニウム基体１０の上面で確保するか、実施形態２の保護層３９のようにアルミニウム基体１０の下面で確保するかは、照明装置をどのようなものにするかにもよるので、熱抵抗や製法の自由度のみでは決定できない。中間層１６の構成も保護層３９の構成も本実施形態に係る発光装置用基板の構造としては選択し得る。

〔実施形態３〕
本実施形態では、実施形態１および実施形態２のいずれかにて説明した基板５を用いて作成した発光装置４を説明する。図５の（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態の発光装置４の平面図および正面断面図を示している。なお、図面では、簡略化のために便宜上発光素子６の数を大幅に省略して描いている。

発光装置４は、実施の形態１および実施の形態２のいずれかにて説明した基板５上に複数のＬＥＤ素子やＥＬ素子等の発光素子６を実装したＣＯＢ（chip on board）タイプの発光装置である。

基板５上には封止樹脂７の周縁に設けられて複数の発光素子６の周囲を囲む枠体８が設けられている。枠体８の内部に封止樹脂７を充填して発光素子６が封止される。封止樹脂７は、発光素子６の出射光で蛍光体を励起して異なる波長の光に変換する蛍光体を含む。この構成により、発光素子６は封止樹脂７の表面にて面発光する。

多数の発光素子６の集積によって発光装置４への投入電力としては１０Ｗ、５０Ｗ、１００Ｗあるいは１００Ｗ以上などが用いられ、高輝度の出射光が得られる。例えば、基板５上に５００μｍ×８００μｍ程度の中型サイズの発光素子６を集積して投入電力が１００Ｗ程度の大出力の発光装置４を実現するには、発光素子６を３００個から４００個程度と多数集積する必要がある。多数集積することにより発光装置４の発熱が大きくなるため、図６に示すような、発光装置４に比して非常に体積の大きいヒートシンク２によって高い放熱性を確保してもよい。

発光素子６としては、例えば、青色ＬＥＤ、紫色ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ等を用いることができる。封止樹脂７に充填される蛍光体としては、例えば、青色、緑色、黄色、橙色、赤色のいずれか一色を発光する蛍光体、あるいは任意の複数の蛍光体の組み合わせを用いることができる。これらにより、発光装置４から所望の色の出射光を出射することができる。なお、封止樹脂７の蛍光体を省き、発光波長の異なる青色、緑色及び赤色の３色の発光素子６を基板５上に配列してもよいし、任意の２色の組み合せであっても、あるいは、単色であってもよい。

発光素子６は、正極電極パターン２０ａ及び負極電極パターン２０ｂに接続されている。正極電極パターン２０ａは、発光素子６を、正極電極パターン２０ａを介して外部配線又は外部装置に接続するための正極コネクタ２１ａに接続されている。負極電極パターン２０ｂは、発光素子６を、負極電極パターン２０ｂを介して外部配線又は外部装置に接続するための負極コネクタ２１ｂに接続されている。正極コネクタ２１ａ及び負極コネクタ２１ｂは、ランドにより構成し、半田付けにより、正極電極パターン２０ａ及び負極電極パターン２０ｂを外部配線又は外部装置に接続してもよい。

また、発光装置４は、例えば、図７に示すような照明装置１に適用することができる。照明装置１は、発光装置４と、発光装置４から発生する熱を放熱するためのヒートシンク２と、発光装置４から出射する光を反射するリフレクタ２３とを備えている。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発光装置用基板は、金属材料からなる基体（アルミニウム基体１０）と、発光素子６との電気的接続をとるための電極パターン２０と前記基体（アルミニウム基体１０）との間にセラミックスを含有して形成されて前記発光素子６からの光を反射する第１絶縁層（反射層１７）と、前記第１絶縁層（反射層１７）の絶縁耐圧性能を補強するために形成された樹脂を含有して、且つ、熱伝導性の高い第２絶縁層（中間層１６、保護層３９）とを備えている。

上記の構成によれば、樹脂を含有して、且つ、熱伝導性の高い第２絶縁層が前記第１絶縁層の絶縁耐圧性能を補強するので、高反射率と高放熱性と耐熱・耐光性を含む長期信頼性とに加えて、絶縁耐圧性に優れた発光装置用基板を提供することができる。

本発明の態様２に係る発光装置用基板は、上記態様１において、前記第２絶縁層の熱伝導率が、前記第１絶縁層の熱伝導率よりも高くてもよい。

上記の構成によれば、第２絶縁層の熱伝導率を、第１絶縁層に比べて上げることが可能なので、高い絶縁耐圧性と高い反射率を維持したまま、更に放熱性の高い発光装置用基板を提供することができる。

本発明の態様３に係る発光装置用基板は、上記態様１において、前記基体は、アルミニウム材料または銅材料を含んでもよい。

上記の構成によれば、軽量で加工性に優れ、熱伝導率が高い材料を基体の材料として使用することができる。

本発明の態様４に係る発光装置用基板は、前記基体は、アルミニウム材料を含み、前記第１絶縁層は前記基体の一部を被覆し、前記基体の残りの一部又は全部を被覆するアルマイト層（保護層１９）をさらに含むことが好ましい。

上記の構成によれば、アルマイト層により、基体の酸化による腐食を防止することができる。また、電極パターンをメッキ処理する場合には、メッキ液による浸食から基板を守ることができる。

本発明の態様５に係る発光装置用基板は、前記第２絶縁層は、前記第１絶縁層と前記基体との間に形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、前記第１絶縁層と前記基体との間に形成された前記第２絶縁層により、前記第１絶縁層の絶縁耐圧性能を補強することができる。

本発明の態様６に係る発光装置用基板は、前記第２絶縁層の厚みは、５０μｍ以上１５０μｍ以下であり、前記第１絶縁層の厚みは、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

上記の構成によれば、第２絶縁層は第１絶縁層の絶縁耐圧性能を好適に補強することができ、第１絶縁層は発光素子からの光を好適に反射することができる。

本発明の態様７に係る発光装置用基板は、前記第２絶縁層（保護層３９）は、前記基体（アルミニウム基体１０）の前記第１絶縁層（反射層１７）側の面と反対側の面に形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、基体に比べると熱伝導率の低い第２絶縁層を発光素子６から遠ざけた位置に配置することで、同じ厚み、同じ熱伝導率の第２絶縁層であっても第２絶縁層の熱抵抗を低下させることができる。第２絶縁層を通過するまでに、熱が発光装置用基板の表面に平行な水平方向に拡散しているためである。

本発明の態様８に係る発光装置用基板は、前記第２絶縁層（保護層３９）の厚みは、５０μｍ以上であり、前記前記第１絶縁層（反射層１７）の厚みは、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

上記の構成によれば、熱が、第２絶縁層を通過するまでに、発光装置用基板の表面に平行な水平方向に拡散しているため、第２絶縁層の熱抵抗を低下させることができる。

本発明の態様９に係る発光装置用基板は、前記第２絶縁層は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、および、フッ素樹脂のうちの少なくとも一つを含み、前記フッ素樹脂は、ＰＴＦＥ樹脂及びＰＦＡ樹脂のうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。

上記の構成によれば、第２絶縁層が耐熱性に優れるため、第２絶縁層を形成した後、第１絶縁層を容易に形成することができる。

本発明の態様１０に係る発光装置用基板は、前記第２絶縁層の樹脂は、セラミックス粒子を樹脂バインダーに混ぜて熱伝導率を高めることが好ましい。

上記の構成によれば、前記第２絶縁層の熱伝導率を高めることができるので、発光素子からの発熱を、第２絶縁層を通して容易に放熱することができる。

本発明の態様１１に係る発光装置用基板は、前記セラミックス粒子は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、及び、酸化チタン（ＴｉＯ_２）のうち少なくとも一つを含むことが好ましい。

上記の構成によれば、上記材料は絶縁耐圧性能に優れるため、第１絶縁層の絶縁耐圧性能を好適に補強することができる。

本発明の態様１２に係る発光装置用基板は、前記第１絶縁層は、セラミックス粒子をガラス質で覆って形成されており、前記セラミックス粒子は、ジルコニア、酸化チタン、アルミナ、窒化アルミニウムのうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。

上記の構成によれば、ガラスは耐光性、耐熱性が優れているため、反射層を形成する材料として好ましい。

本発明の態様１３に係る発光装置用基板は、前記第２絶縁層のセラミックス粒子は、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化ケイ素、及び、窒化ケイ素のうちの少なくとも一つを含み、前記第１絶縁層は、セラミックス粒子を有する樹脂を含み、前記セラミックス粒子は、ジルコニア又は酸化チタンのうちの少なくとも１つを含み、前記第１絶縁層の樹脂は、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂又はフッ素樹脂であることが好ましい。

本発明の態様１４に係る発光装置は、本発明に係る発光装置用基板と、前記発光素子と、前記発光素子を、前記電極パターンを介して外部配線又は外部装置に接続するためのランド又はコネクタと、前記発光素子を囲むように形成された枠体と、前記枠体により囲まれた発光素子を封止する封止樹脂とを備えたことを特徴とする。

上記の構成によれば、本発明の態様１に係る発光装置用基板と同様の効果を奏する。

本発明の態様１５に係る発光装置用基板の製造方法は、本発明の態様５に係る発光装置用基板の製造方法であって、前記基体の上に前記第２絶縁層を形成し、前記第２絶縁層の上に前記第１絶縁層を形成し、前記第１絶縁層の上に前記電極パターンを形成することを特徴とする。

上記の構成によれば、本発明の態様５に係る発光装置用基板の効果と同様の効果を奏する。

本発明の態様１６に係る発光装置用基板の製造方法は、前記第２絶縁層は、予めシート状に形成した樹脂を前記基体に接合することにより形成することが好ましい。あるいは、前記第２絶縁層は、予めシート状に形成した硬化前樹脂を前記基体に貼り合せた後、熱あるいは光を用いて硬化させ、前記基体に接合させることにより形成することが好ましい。

上記の構成によれば、熱伝導率の高い樹脂層を第２絶縁層として形成することができる。

本発明の態様１７に係る発光装置用基板の製造方法は、前記第２絶縁層は、樹脂バインダーを前記基体の上で硬化させることにより形成することが好ましい。

上記の構成によれば、熱伝導率の高い樹脂層を第２絶縁層として形成することができる。

本発明の態様１８に係る発光装置用基板の製造方法は、前記第２絶縁層は、ＰＦＡ樹脂を含み、前記ＰＦＡ樹脂を溶融した後、硬化して前記基体に接合することにより前記第２絶縁層を形成することが好ましい。

本発明の態様１９に係る発光装置用基板の製造方法は、前記第１絶縁層は、樹脂バインダーを用いて形成するか、より好ましくは、ガラス原料のゾル・ゲル反応によってガラス質が形成されることが好ましい。

本発明の態様２０に係る発光装置用基板の製造方法は、前記第１絶縁層は、樹脂バインダーを用いて形成するか、より好ましくは、ガラス原料のゾル・ゲル反応によってガラス質を形成し、前記第２絶縁層は予めシート状に形成した樹脂を前記基体に接合することにより形成し、又は、前記第２絶縁層は、予めシート状に形成した硬化前樹脂を前記基体に貼り合せた後、熱あるいは光を用いて硬化させ、前記基体に接合させることにより形成し、又は、前記第２絶縁層は樹脂バインダーを前記基体の上で硬化させることにより形成し、又は、前記第２絶縁層は、ＰＦＡ樹脂を含み、前記ＰＦＡ樹脂を溶融した後、硬化して前記基体と接合することにより前記第２絶縁層を形成することが好ましい。

本発明の態様２１に係る発光装置用基板の製造方法は、態様７に係る発光装置用基板の製造方法であって、前記基体に前記第１絶縁層を形成し、前記基体の前記第１絶縁層側の面と反対側の面に前記第２絶縁層を形成し、前記第１絶縁層の上に前記電極パターンを形成することを特徴とする。

上記の構成によれば、態様７に係る発光装置用基板の効果と同様の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明に係る発光装置用基板は、各種発光装置用の基板として利用可能である。本発明に係る発光装置は、特に、高輝度ＬＥＤ発光装置として利用することができる。本発明に係る発光装置用基板の製造方法は、絶縁耐圧性、放熱性に優れた発光装置用発光装置用基板を量産性に優れた方法で製造することが可能である。

１ 照明装置
２ ヒートシンク
４ 発光装置
５ 基板（発光装置用基板）
６ 発光素子
７ 封止樹脂
８ 枠体
１０ アルミニウム基体（基体）
１６ 中間層（第２絶縁層）
１７ 反射層（第１絶縁層）
１９ 保護層（アルマイト層）
２０ 電極パターン
２１ａ 正極コネクタ（コネクタ）
２１ｂ 負極コネクタ（コネクタ）
３９ 保護層（第２絶縁層）

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置用基板は、金属材料からなる基体と、発光素子との電気的接続を取るための電極パターンと前記基体との間にセラミックスを含有して形成されて前記発光素子からの光を反射する第１絶縁層と、前記第１絶縁層の絶縁耐圧性能を補強するために形成された樹脂を含有して、且つ、熱伝導性の高い第２絶縁層とを備え、前記第２絶縁層の熱伝導率が、前記第１絶縁層の熱伝導率よりも高いことを特徴とする。

Claims (5)

1. 金属材料からなる基体と、
   発光素子との電気的接続をとるための電極パターンと前記基体との間にセラミックスを含有して形成されて前記発光素子からの光を反射する第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層の絶縁耐圧性能を補強するために形成された樹脂を含有して、且つ、熱伝導性の高い第２絶縁層とを備えたことを特徴とする発光装置用基板。
2. 前記第２絶縁層は、前記第１絶縁層と前記基体との間に形成されている請求項１に記載の発光装置用基板。
3. 前記第２絶縁層は、前記基体の前記第１絶縁層側の面と反対側の面に形成されている請求項１に記載の発光装置用基板。
4. 請求項１に記載の発光装置用基板と、
   前記発光素子と、
   前記発光素子を、前記電極パターンを介して外部配線又は外部装置に接続するためのランド又はコネクタと、
   前記発光素子を囲むように形成された枠体と、
   前記枠体により囲まれた発光素子を封止する封止樹脂とを備えたことを特徴とする発光装置。
5. 請求項２に記載の発光装置用基板の製造方法であって、
   前記基体の上に前記第２絶縁層を形成し、
   前記第２絶縁層の上に前記第１絶縁層を形成し、
   前記第１絶縁層の上に前記電極パターンを形成することを特徴とする発光装置用基板の製造方法。

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