KR102520727B1 - 형광체 세라믹스, 봉지 광반도체 소자, 회로 기판, 광반도체 장치 및 발광 장치 - Google Patents

형광체 세라믹스, 봉지 광반도체 소자, 회로 기판, 광반도체 장치 및 발광 장치 Download PDF

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Abstract

형광체 세라믹스는 공경이 3.0μm 이상 12.0μm 이하인 공공을 갖는 형광체 세라믹스이다. 형광체 세라믹스에서 차지하는 공공의 체적 비율이 1.5체적% 이상 9.5체적% 이하이다.

Description

형광체 세라믹스, 봉지 광반도체 소자, 회로 기판, 광반도체 장치 및 발광 장치
본 발명은 형광체 세라믹스, 및 그 형광체 세라믹스를 구비하는 봉지 광반도체 소자, 회로 기판, 광반도체 장치 및 발광 장치에 관한 것이다.
광반도체 장치 등의 발광 장치는, 일반적으로, 예를 들면 청색광을 발광하는 LED(발광 다이오드 소자)나 LD(레이저 다이오드)와, 청색광을 황색광으로 변환할 수 있고, LED 위에 설치되는 형광체층을 구비하고 있다. 발광 장치는 LED로부터 발광되어, 형광체층을 투과한 청색광과, 형광체층에서 청색광의 일부가 파장 변환된 황색광의 혼색에 의해, 백색광을 발광한다.
이와 같은 형광체층으로서는, 예를 들면 세라믹 재료로 이루어지는 변환 소자가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에는, 세라믹 재료의 이론적인 고체 상태의 밀도의 97% 이상인 밀도를 갖고, 변환 소자 내의 구멍은 실질적으로 250nm∼2900nm 사이의 직경을 갖는 변환 소자가 개시되어 있다.
특허문헌 1의 변환 소자는 나노 오더의 미소한 구멍을 갖는 것에 의해, 폭넓은 시야각에서의 투과성을 개선하고 있다.
일본 특허 5049336호
그런데, 특허문헌 1의 변환 소자에서는, 나노 오더의 공경을 갖는 구멍을 제조할 필요가 있지만, 세라믹인 변환 소자의 제조(고온 소결 과정) 시에, 세라믹의 결정이 성장하기 때문에, 나노 오더의 구멍은 소실되기 쉽다. 즉, 특허문헌 1의 변환 소자에서는, 그 구멍의 크기의 조정이 어려워, 생산성이 뒤떨어진다는 문제가 생긴다.
또한, 투명성 및 산란성에 대해서도 더한층의 개량이 요망되고 있다.
또한, 예를 들면 LD 등으로부터의 여기광을 형광체로 파장 변환시킨 광을 대상물에 조사하면, 눈이 부신 부자연스러운 시각을 느끼는 현상(스펙클 노이즈)이 발생한다는 문제가 생긴다.
본 발명의 목적은, 투과성 및 산란성이 양호하고, 생산성이 우수하며, 스펙클 노이즈를 저감할 수 있는 형광체 세라믹스, 및 그 형광체 세라믹스를 구비하는 봉지 광반도체 소자, 회로 기판, 광반도체 장치 및 발광 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명[1]은, 공경이 3.0μm 이상 12.0μm 이하인 공공을 갖는 형광체 세라믹스로서, 상기 형광체 세라믹스에서 차지하는 상기 공공의 체적 비율이 1.5체적% 이상 9.5체적% 이하인 형광체 세라믹스를 포함하고 있다.
본 발명[2]는, 상기 형광체 세라믹스가 판형상을 갖고, 하기 식:
V≤1.30×(-log T)
(V는 공경이 3.0μm 미만인 공공의 체적 비율(%)을 나타내고, T는 상기 형광체 세라믹스의 두께(mm)를 나타낸다.)
을 만족시키는 [1]에 기재된 형광체 세라믹스를 포함하고 있다.
본 발명[3]은, 하기 (1)∼(3) 중 적어도 1개의 요건을 만족시키는 [1] 또는 [2]에 기재된 형광체 세라믹스를 포함하고 있다.
(1) 나트륨 원소가 67ppm 이하이다.
(2) 마그네슘 원소가 23ppm 이하이다.
(3) 철 원소가 21ppm 이하이다.
본 발명[4]는, 상기 형광체 세라믹스의 평균 공경이 3.0μm 이상 10.0μm 이하인 [1]∼[3] 중 어느 한 항에 기재된 형광체 세라믹스를 포함하고 있다.
본 발명[5]는, 기판과, 상기 기판에 실장되는 광반도체 소자와, 접착층과, 상기 접착층의 상기 광반도체 소자와는 반대측의 면에 배치되고, 상기 광반도체 소자와 대향 배치되는 [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 형광체 세라믹스를 구비하는 광반도체 장치를 포함하고 있다.
본 발명[6]은, 기판과, 상기 기판에 실장되는 광반도체 소자와, 상기 광반도체 소자를 봉지하는 봉지층과, 상기 봉지층의 상기 광반도체 소자와는 반대측의 면에 배치되고, 상기 광반도체 소자와 대향 배치되는 [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 형광체 세라믹스를 구비하는 광반도체 장치를 포함하고 있다.
본 발명[7]은, 광반도체 소자와, 상기 광반도체 소자를 봉지하는 봉지층과, 상기 봉지층의 상기 광반도체 소자와는 반대측의 면에 배치되고, 상기 광반도체 소자와 대향 배치되는 [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 형광체 세라믹스를 구비하는 봉지 광반도체 소자를 포함하고 있다.
본 발명[8]은, 광반도체 소자를 두께 방향 일방측에 실장하기 위한 [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 형광체 세라믹스와, 상기 형광체 세라믹스의 두께 방향 일방면에 적층되고, 상기 광반도체 소자와 전기적으로 접속하기 위한 전극 배선을 구비하는 회로 기판을 포함하고 있다.
본 발명[9]는, 광을 일방측에 조사하는 광원과, 상기 광원과 간격을 띄우고 일방측에 대향 배치되고, 상기 광이 통과하기 위한 관통공이 형성되는 반사경과, 상기 광이 조사되도록, 상기 반사경과 간격을 띄우고 일방측에 대향 배치되는 [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 형광체 세라믹스를 구비하는 발광 장치를 포함하고 있다.
본 발명의 형광체 세라믹스는 투과성 및 산란성이 양호하고, 스펙클 노이즈를 저감할 수 있다. 또한, 생산성이 우수하다.
본 발명의 형광체 세라믹스를 구비하는 본 발명의 봉지 광반도체 소자, 회로 기판, 광반도체 장치 및 발광 장치는 발광 효율의 저하를 억제할 수 있어, 시야각이 양호해진다. 또한, 특히 광반도체 소자로서 LD 등을 광원에 이용한 봉지 광반도체 소자나 장치인 경우에서는, 스펙클 노이즈를 저감할 수 있다. 또, 제조 비용을 저감할 수 있다.
도 1A 및 도 1B는 본 발명의 형광체 세라믹스의 제 1 실시형태를 제조하는 공정을 나타내는 공정도이고, 도 1A는 그린 시트 제작 공정, 도 1B는 소성 공정을 나타낸다.
도 2A∼도 2C는 도 1B에 나타내는 형광체 세라믹스를 이용하여 광반도체 장치의 제 1 실시형태를 제조하는 공정을 나타내는 공정도이고, 도 2A는 형광 접착 시트 제작 공정, 도 2B는 형광 접착 시트 배치 공정, 도 2C는 접착 공정을 나타낸다.
도 3A∼도 3C는 도 1B에 나타내는 형광체 세라믹스를 이용하여 본 발명의 광반도체 장치의 제 2 실시형태를 제조하는 공정을 나타내는 공정도이고, 도 3A는 봉지 시트 제작 공정, 도 3B는 봉지 시트 배치 공정, 도 3C는 봉지 공정을 나타낸다.
도 4A∼도 4E는 도 1B에 나타내는 형광체 세라믹스를 이용하여 본 발명의 광반도체 장치의 제 2 실시형태의 제 1 변형예(봉지 광반도체 소자를 제작하는 실시형태)를 제조하는 공정을 나타내는 공정도이고, 도 4A는 봉지 시트 제작 공정, 도 4B는 봉지 시트 배치 공정, 도 4C는 봉지 공정, 도 4D는 박리 공정, 도 4E는 실장 공정을 나타낸다.
도 5는 광반도체 장치의 제 2 실시형태의 제 2 변형예(광반도체 장치가 하우징을 구비하는 실시형태)를 나타낸다.
도 6A∼도 6C는 도 1B에 나타내는 형광체 세라믹스를 이용하여 광반도체 장치의 제 3 실시형태를 제조하는 공정을 나타내는 공정도이고, 도 6A는 회로 기판 제작 공정, 도 6B는 회로 기판 배치 공정, 도 6C는 실장 공정을 나타낸다.
도 7은 도 1B에 나타내는 형광체 세라믹스를 구비하는 발광 장치를 나타낸다.
도 8A 및 도 8B는 도 7에 나타내는 발광 장치가 구비하는 파장 변환 방열 부재를 나타내는 도면이고, 도 8A는 측단면도를 나타내며, 도 8B는 배면도를 나타낸다.
도 9는 실시예에 있어서 형광체 세라믹스 플레이트의 공공을 측정하는 방법의 모식도를 나타낸다.
도 1A 및 도 1B에 있어서, 도 1A 및 도 1B의 지면 상하 방향을 「상하 방향」(제 1 방향, 두께 방향)으로 해서, 지면 위쪽이 상측이고, 지면 아래쪽이 하측이다. 또한, 도 1A 및 도 1B의 지면 좌우 방향을 「면 방향」(제 2 방향, 제 1 방향에 직교하는 방향)으로 해서, 지면 오른 방향이 면 방향 일방측이고, 도 1A 및 도 1B의 지면 왼 방향이 면 방향 타방측이다. 도 2∼도 6 및 도 9에 대해서도, 도 1A 및 도 1B의 방향을 기준으로 한다.
또한, 도 7에 있어서, 도 7의 지면 상하 방향을 「상하 방향」(제 1 방향, 두께 방향)으로 해서, 지면 위쪽이 상측이고, 지면 아래쪽이 하측이다. 또한, 도 7의 지면 좌우 방향을 「앞뒤 방향」(제 2 방향, 폭 방향, 제 1 방향에 직교하는 방향)으로 해서, 지면 오른 방향이 앞측이고, 도 1의 지면 왼 방향이 뒤측이다. 또한, 도 7의 종이 두께 방향을 「좌우 방향」(제 3 방향, 제 1 방향 및 제 2 방향에 직교하는 방향)으로 해서, 도 7의 종이 두께 앞쪽이 좌측이고, 도 7의 종이 두께 안쪽이 우측이다. 도 8A 및 도 8B에 대해서도, 도 7의 방향을 기준으로 한다.
1. 형광체 세라믹스
도 1B를 참조해서, 본 발명의 형광체 세라믹스의 일 실시형태에 따른 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 대하여 설명한다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)는, 도 1B에 나타내는 바와 같이, 형광체 재료의 세라믹스(소성체)로부터 판형상으로 형성되어 있고, 형광체를 함유하고 있다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)에 함유되는 형광체는 파장 변환 기능을 갖고 있고, 예를 들면, 청색광을 황색광으로 변환할 수 있는 황색 형광체, 청색광을 적색광으로 변환할 수 있는 적색 형광체 등을 들 수 있다.
황색 형광체로서는, 예를 들면 (Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu, (Sr,Ba)2SiO4:Eu(바륨 오쏘실리케이트(BOS)) 등의 실리케이트 형광체, 예를 들면 (Y,Gd,Ba,Ca)3(Al,Si,Ge,B,P,Ga)5O12:Ce(YAG(이트륨·알루미늄·가넷):Ce), Tb3Al3O12:Ce(TAG(터븀·알루미늄·가넷):Ce) 등의 가넷형 결정 구조를 갖는 가넷형 형광체, 예를 들면 Ca-α-SiAlON 등의 산질화물 형광체 등을 들 수 있다. 적색 형광체로서는, 예를 들면 CaAlSiN3:Eu, CaSiN2:Eu 등의 질화물 형광체 등을 들 수 있다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)는 공공을 내부에 갖는다. 특히, 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 공경이 3.0μm 이상 12.0μm 이하인 공공(이하, 「중공공」이라고도 칭한다)을 갖는다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)에서 차지하는 중공공의 체적 비율의 하한은 1.5체적% 이상이고, 바람직하게는 2.0체적% 이상, 보다 바람직하게는 2.5체적% 이상이다. 또한, 상한은 9.5체적% 이하이고, 바람직하게는 8.0체적% 이하이다.
중공공의 체적 비율을 상기 범위 내로 하는 것에 의해, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 투과성 및 산란성을 향상시킬 수 있다.
공공의 공경은 공공의 최대 길이이고, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 절단 표면을, 레이저 현미경(장치명: 레이저테크, VL2000D, 대물렌즈 20배, 배율 1800배)을 이용하여 공경을 관찰하는 것에 의해 측정된다.
공공의 체적은 상기 공공의 공경(공공의 최대 길이)을 공공의 직경으로 해서, 진구 환산하는 것에 의해 산출된다.
또한, 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 중공공에 더하여, 공경이 12.0μm를 초과하는 공공(이하, 「대공공」이라고도 칭한다) 및 공경이 3.0μm 미만인 공공(이하, 「소공공」이라고도 칭한다)을 갖고 있어도 된다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)에서 차지하는 대공공의 체적 비율은, 예를 들면 12.0체적% 이하, 바람직하게는 9.0체적% 이하, 보다 바람직하게는 5.0체적% 이하, 더 바람직하게는 2.0체적% 이하이다. 한편, 대공공의 공경의 상한은, 예를 들면 30.0μm 이하이다. 대공공의 체적 비율이 상기 상한 이하이면, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 투명성, 생산성이 양호해진다. 또한, 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 포함되는 불순물을 저감할 수 있다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)에서 차지하는 소공공의 체적 비율은, 예를 들면 2.0체적% 이하, 바람직하게는 1.2체적% 이하, 보다 바람직하게는 1.0체적% 이하, 더 바람직하게는 0.8체적% 이하이다. 한편, 소공공의 공경의 하한은, 예를 들면 0.3μm 이상이다. 소공공의 체적 비율이 상기 상한 이하이면, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 투명성, 생산성이 양호해진다.
공공의 평균 공경은, 예를 들면 2.5μm 이상, 바람직하게는 3.0μm 이상이고, 또한, 예를 들면 20.0μm 이하, 바람직하게는 15.0μm 이하, 보다 바람직하게는 10.0μm 이하, 더 바람직하게는 5.5μm 이하이다. 공공의 평균 공경이 상기 범위이면, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 투명성, 산란성이 양호해진다. 또한, 스펙클 노이즈(스펙클 콘트라스트비) 저감의 관점에서는, 바람직하게는 10.0μm 이하이다.
다음으로, 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 제조하는 방법에 대하여, 도 1A∼도 1B를 참조해서 설명한다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)의 제조 방법은, 예를 들면 그린 시트 제작 공정(도 1A 참조) 및 소성 공정(도 1B)을 구비한다. 이하, 각 공정을 상세히 기술한다.
그린 시트 제작 공정에서는, 형광체 재료 및 유기 입자를 함유하는 형광체 조성물을 소성한다. 바람직하게는, 도 1A에 나타내는 바와 같이, 형광체 조성물을 함유하는 슬러리(형광체 조성물 슬러리)를 박리 기재(14)의 상면에 도포 및 건조한다. 이에 의해, 그린 시트(15)를 얻는다.
형광체 조성물 슬러리는 형광체 재료 및 유기 입자를 함유하는 형광체 조성물과 용매를 함유한다. 즉, 형광체 조성물 슬러리는 형광체 재료, 유기 입자 및 용매를 함유한다.
형광체 재료는 상기의 형광체를 구성하는 원재료이고, 형광체에 따라 적절히 선택된다. 형광체 재료로서는, 예를 들면, 형광체를 구성하는 금속 단체, 그의 금속 산화물, 금속 질화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 형광체로서 Y3Al5O12:Ce를 형성하는 경우에는, 형광체 재료로서는, 예를 들면 산화이트륨 등의 이트륨 함유 화합물, 산화알루미늄 등의 알루미늄 함유 화합물, 산화세륨 등의 세륨 함유 화합물 등의 금속 산화물을 들 수 있다. 형광체 재료는, 예를 들면 입자상으로 형성되어 있다.
형광체 재료의 순도는, 예를 들면 99.0질량% 이상, 바람직하게는 99.9질량% 이상이다. 이에 의해, 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 포함되는 불순물을 저감할 수 있다.
유기 입자는 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 소정의 공공을 형성하기 위해서 형광체 조성물 슬러리에 함유된다.
유기 입자의 재료로서는, 소성 공정 시에 완전히 열분해되는 재료이면 되고, 예를 들면 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 들 수 있다.
열가소성 수지로서는, 예를 들면 아크릴 수지, 스타이렌 수지, 아크릴-스타이렌계 수지, 폴리카보네이트 수지, 벤조구아나민 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리에스터 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 생산성의 관점에서, 아크릴 수지(특히 폴리메타크릴산 메틸 등)를 들 수 있다.
열경화성 수지로서는, 예를 들면 에폭시 수지, 실리콘 수지, 유레테인 수지 등을 들 수 있다.
유기 입자의 평균 입자경은, 예를 들면 2.0μm 이상, 바람직하게는 3.4μm 이상, 보다 바람직하게는 4.0μm 이상이고, 또한, 예를 들면 25.0μm 이하, 바람직하게는 15.0μm 이하, 보다 바람직하게는 8.0μm 이하이다. 유기 입자의 평균 입자경이 상기 하한을 하회하면, 그린 시트(15)를 소성하여 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 제조할 때에, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 결정이 공공 내부를 향해서 과도하게 성장하여, 공공을 소실시킬 우려가 있다. 한편, 유기 입자의 평균 입자경이 상기 상한을 상회하면, 대공공이 다량으로 형광체 세라믹스 플레이트(1) 내부에 형성되어, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 투과성, 강도 등이 저하될 우려가 있다. 또한, 형광체 세라믹스 플레이트(1) 내에 포함되는 불순물이 증가할 우려가 있다.
유기 입자의 평균 입자경은, 예를 들면 입도 분포 측정 장치(벡크만·쿨터사제, 「LS13 320」)를 이용하여 레이저 회절 산란법에 의해 측정할 수 있다.
유기 입자의 함유 비율은, 형광체 재료와 유기 입자의 합계 함유량에 대해서, 예를 들면 1.5체적% 이상, 바람직하게는 2.0체적% 이상이고, 또한, 예를 들면 12.0체적% 이하, 바람직하게는 10.0체적% 이하, 보다 바람직하게는 8.0체적% 이하이다.
유기 입자의 함유 비율을 상기 범위 내로 하는 것에 의해, 형광체 세라믹스 플레이트(1) 내에 형성되는 공공의 체적 비율을 적절한 범위로 조절할 수 있다.
형광체 조성물에는, 필요에 따라서, 추가로 바인더 수지를 함유할 수 있다.
바인더 수지는 그린 시트(15)의 제작에 이용되는 공지의 바인더 수지를 사용하면 되고, 예를 들면 아크릴계 폴리머, 뷰티랄계 폴리머, 바이닐계 폴리머, 유레테인계 폴리머 등을 들 수 있다. 바람직하게는 아크릴계 폴리머를 들 수 있다.
바인더 수지의 함유 비율은, 형광체 재료 100체적부에 대해서, 예를 들면 5체적부 이상, 바람직하게는 15체적부 이상이고, 또한, 예를 들면 120체적부 이하, 바람직하게는 80체적부 이하, 보다 바람직하게는 60체적부 이하이다.
형광체 조성물에는, 필요에 따라서, 추가로 분산제, 가소제, 소결 조제 등의 공지의 첨가제를 함유할 수 있다.
형광체 조성물 슬러리에 함유되는 용매로서는, 예를 들면 물, 예를 들면 아세톤, 메틸에틸케톤, 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 프로피온산 메틸, 메틸셀로솔브 등의 유기 용매를 들 수 있다.
용매의 함유 비율은, 형광체 조성물 슬러리에 있어서, 예를 들면 1∼30질량%이다.
형광체 조성물 슬러리는 상기 성분을 상기 비율로 배합하고, 볼 밀 등으로 습식 혼합하는 것에 의해 조제된다. 즉, 형광체 조성물 슬러리가 준비된다.
한편, 이때 상기 성분을 일괄로 습식 혼합해도 된다. 또한, 유기 입자를 제외한 성분을 습식 혼합하여 제 1 슬러리를 조제하고, 이어서 그 제 1 슬러리에 유기 입자를 습식 혼합하는 것에 의해, 형광체 조성물 슬러리를 조제해도 된다.
박리 기재(14)로서는, 예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 등의 폴리에스터 필름, 예를 들면 폴리카보네이트 필름, 예를 들면 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 예를 들면 폴리스타이렌 필름, 예를 들면 아크릴 필름, 예를 들면 실리콘 수지 필름, 불소 수지 필름 등의 수지 필름 등을 들 수 있다. 또, 예를 들면 구리박, 스테인리스박 등의 금속박도 들 수 있다. 바람직하게는 수지 필름, 더 바람직하게는 폴리에스터 필름을 들 수 있다. 박리 기재(14)의 표면에는, 박리성을 높이기 위해, 필요에 따라 박리 처리가 실시되어 있다.
박리 기재(14)의 두께는, 예를 들면 취급성, 비용의 관점에서, 예를 들면 10∼200μm이다.
형광체 조성물 슬러리를 박리 기재(14)에 도포하는 방법으로서는, 닥터 블레이드 코팅, 그라비어 코팅, 파운틴 코팅, 캐스트 코팅, 스핀 코팅, 롤 코팅 등의 공지의 도포 방법을 들 수 있다.
건조 온도는, 예를 들면 20℃ 이상, 바람직하게는 50℃ 이상이고, 또한, 예를 들면 200℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이하이다.
건조 시간은, 예를 들면 1분 이상, 바람직하게는 2분 이상이고, 또한, 예를 들면 24시간 이하, 바람직하게는 5시간 이하이다.
이와 같이 해서 얻어지는 그린 시트(15)는 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 소결 전 세라믹스이고, 판형상으로 형성되어 있다.
그 후, 도 1A의 가상선으로 나타내는 바와 같이, 박리 기재(14)를 그린 시트(15)로부터 박리한다.
한편, 그린 시트(15)는 원하는 두께를 얻기 위해서, 복수(복층)의 그린 시트(15)를 열 라미네이트에 의해서 적층하는 것에 의해 형성할 수도 있다.
그린 시트(15)의 두께는, 예를 들면 10μm 이상, 바람직하게는 30μm 이상이고, 또한, 예를 들면 500μm 이하, 바람직하게는 200μm 이하이다.
소성 공정에서는, 도 1B에 나타내는 바와 같이, 그린 시트(15)를 소성한다. 이에 의해, 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 얻는다.
소성 온도는, 예를 들면 1300℃ 이상, 바람직하게는 1500℃ 이상이고, 또한, 예를 들면 2000℃ 이하, 바람직하게는 1800℃ 이하이다.
소성 시간은, 예를 들면 1시간 이상, 바람직하게는 2시간 이상이고, 또한, 예를 들면 24시간 이하, 바람직하게는 8시간 이하이다.
소성은 상압하에서 실시해도 되고, 또한 감압하 또는 진공하에서 실시해도 된다.
또한, 소성에 있어서의 승온 속도는, 예를 들면 0.5∼20℃/분이다.
상기 소성(본소성) 전에, 바인더 수지나 분산제 등의 유기 성분을 열분해 및 제거하기 위해서, 전기로를 이용하여, 공기 중, 예를 들면 600∼1300℃에서 예비 가열하여, 탈바인더 처리를 실시해도 된다.
소성(바인더 처리를 실시하는 경우에는, 소성 및 바인더 처리)을 통해서, 유기 입자가 소성되어, 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 공공이 형성된다. 이와 같이 해서 얻어지는 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 판형상으로 형성되어 있다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)의 두께 T는, 예를 들면 10μm 이상, 바람직하게는 30μm 이상이고, 또한, 예를 들면 500μm 이하, 바람직하게는 200μm 이하, 보다 바람직하게는 130μm 이하이다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)는, 바람직하게는 하기의 식을 만족시킨다.
V≤1.30×(-log T)
V는 공경이 3.0μm 미만인 공공(소공공)의 체적 비율(%)을 나타낸다. T는 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 두께(mm)를 나타낸다.
이에 의해, 두께가 충분히 두꺼울 때의 과잉된 공공의 발생을 저감시켜, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 투과성, 강도 등의 저하를 억제할 수 있다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)는, 바람직하게는 하기 (1)∼(3) 중 적어도 1개의 요건을 만족시킨다.
(1) 나트륨 원소가 67ppm 이하, 바람직하게는 50ppm 이하이다.
(2) 마그네슘 원소가 23ppm 이하, 바람직하게는 20ppm 이하이다.
(3) 철 원소가 21ppm 이하, 바람직하게는 15ppm 이하, 보다 바람직하게는 10ppm 이하이다.
상기 원소는, 예를 들면 ICP-MS 분석에 의해 측정할 수 있다.
상기 원소는 불순물이고, 상기 불순물을 상기 상한 이하로 하는 것에 의해, 양자 효율이 우수하다.
그리고, 이 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 공경이 3.0μm 이상 12.0μm 이하인 공공을 갖고, 형광체 세라믹스 플레이트(1)에서 차지하는 그 공공의 체적 비율이 1.5체적% 이상 9.5체적% 이하이다. 그 때문에, 광반도체 소자로부터 형광체 세라믹스 플레이트(1) 내부로 입사되는 광을 양호하게 투과하면서 산란시킬 수 있다. 따라서, 투과성 및 산란성이 우수하다.
또한, 특히 LD로부터의 광을 이 세라믹스 플레이트(1)를 이용하여 파장 변환시킨 광에 대해서, 스펙클 노이즈를 저감시킬 수 있다.
또한, 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 비교적 큰 공공(중공공)을 소정량 갖고 있다. 그 때문에, 그 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 제조(그린 시트의 소성) 시에 있어서, 형성이 어려운 미소한 공공을 형성할 필요가 없다. 따라서, 생산성이 우수하다.
또, 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 형광체의 세라믹스로 형성되어 있기 때문에, 내열성 및 방열성이 우수하다.
이와 같은 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 광반도체 장치(8)의 부품으로서 단독으로 상거래의 대상이 된다.
2. 광반도체 장치
형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하는 광반도체 장치(8)에 대하여 이하에 설명한다.
(제 1 실시형태)
광반도체 장치(8)의 제 1 실시형태 및 그의 제조 방법에 대하여, 도 2A∼도 2C를 참조해서 설명한다.
광반도체 장치(8)의 제 1 실시형태의 제조 방법은, 예를 들면 형광 접착 시트 제작 공정(도 2A 참조), 형광 접착 시트 배치 공정(도 2B 참조) 및 접착 공정(도 2C 참조)을 구비한다.
형광 접착 시트 제작 공정에서는, 도 2A에 나타내는 바와 같이, 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 접착층(2)을 적층시킨다.
접착층(2)은 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면(일방면) 전체면에 배치되어 있고, 접착제 조성물로부터 시트상으로 형성되어 있다.
접착제 조성물로서는 한정적은 아니지만, 예를 들면 실리콘계, 아크릴계 등의 감압 접착제 조성물, 예를 들면 실리콘계, 에폭시계 등의 열경화형 접착제 조성물, 예를 들면 유리나 세라믹 등의 무기계 접착제 조성물을 들 수 있다. 바람직하게는, 양산성, 내구성, 내열성의 관점에서, 실리콘계 조성물을 들 수 있다.
접착층(2)의 두께는, 감압 접착성의 관점에서, 예를 들면 5μm 이상 200μm 이하이고, 바람직하게는, 열전도성의 관점에서, 100μm 이하, 보다 바람직하게는 50μm 이하이다.
접착층(2)을 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면에 적층하기 위해서는, 접착제 조성물이 바니시로서 조제되는 경우에는, 예를 들면 바니시를 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면 전체면에, 예를 들면 바 코터 등, 공지의 도포 방법에 의해 도포한다. 이에 의해, 접착제 조성물의 피막을 형성한다. 계속해서, 필요에 따라 용매를 증류 제거한다.
또는, 바니시를 이형 시트 등의 표면에 도포하여 피막을 형성하고, 그 피막을 필요에 따라 용매를 증류 제거한 후, 박리 시트로부터 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 전사할 수도 있다.
이에 의해, 형광체 세라믹스 플레이트(1), 및 그 위에 적층되는 접착층(2)을 구비하는 형광 접착 시트(6)를 얻는다. 형광 접착 시트(6)는 형광체 세라믹스 플레이트(1) 및 접착층(2)으로 이루어져, 광반도체 소자(5)를 포함하지 않고, 광반도체 장치(8)의 부품으로서 단독으로 상거래의 대상이 된다.
형광 접착 시트 배치 공정에서는, 도 2B에 나타내는 바와 같이, 광반도체 소자(5)가 실장된 기판(7)과, 형광 접착 시트(6)를 대향 배치한다. 즉, 광반도체 소자(5)와 접착층(2)이 서로 마주 보도록, 기판(7)과 형광 접착 시트(6)를 간격을 띄우고 대향 배치한다.
기판(7)은 평면시에 있어서 광반도체 소자(5)보다 큰 평판형상으로 형성되어 있다. 기판(7)은, 예를 들면 실리콘 기판, 세라믹 기판, 폴리이미드 수지 기판, 금속 기판에 절연층이 적층된 적층 기판 등의 절연 기판으로 이루어진다. 기판(7)의 상면에는, 전극을 포함하는 도체 패턴(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
광반도체 소자(5)는, 예를 들면 청색광을 발광하는 소자(구체적으로는 청색 LED, 청색 LD)이고, 기판(7)의 전극(도시하지 않음)에 대해서, 예를 들면 플립 칩 실장 또는 와이어 본딩 접속에 의해 접속된다. 한편, 광반도체 소자(5)가 기판(7)에 와이어 본딩 접속되는 경우에는, 광반도체 소자(5)에 접착하는 형광 접착 시트(6)는 와이어를 피하는(우회하는) 형상으로 형성된다.
접착 공정에서는, 도 2C에 나타내는 바와 같이, 형광 접착 시트(6)를 광반도체 소자(5)에 첩착한다.
구체적으로는, 형광체 세라믹스 플레이트(1)를, 접착층(2)을 개재하여, 광반도체 소자(5) 위에 접착한다.
형광 접착 시트(6)와 광반도체 소자(5)의 첩합은 상온(구체적으로는 20∼25℃)에서 실시한다. 필요에 따라, 형광 접착 시트(6)를, 예를 들면 30∼150℃로 가열하여 실시할 수도 있다.
이에 의해, 접착층(2)을 개재하여 형광체 세라믹스 플레이트(1)가 접착된 광반도체 장치(8)를 얻는다.
즉, 광반도체 장치(8)는, 기판(7)과, 기판(7)에 실장되는 광반도체 소자(5)와, 광반도체 소자(5) 위에 형성되는 접착층(2)과, 접착층(2) 위(광반도체 소자(5)와는 반대측)에 배치되고, 광반도체 소자(5)와 대향 배치되는 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비한다.
한편, 광반도체 소자(5)가 청색 LED인 경우에는, 광반도체 장치(8)를 백색 발광 장치로서 얻는다.
그 후, 필요에 따라, 도 2C의 가상선으로 나타내는 바와 같이, 봉지층(3)을 광반도체 장치(8)에 설치할 수도 있다. 봉지층(3)은 광반도체 소자(5) 및 형광 접착 시트(6)를 피복하도록, 기판(7) 위에 배치되어 있다.
봉지층(3)은 봉지 수지 조성물로 형성되어 있다. 봉지 수지 조성물은 광반도체 소자(5)의 매설 및 봉지에 이용되는 공지의 투명성 수지를 포함하고, 투명성 수지로서는, 예를 들면 실리콘 수지, 에폭시 수지, 유레테인 수지 등의 열경화성 수지, 예를 들면 아크릴 수지, 스타이렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리올레핀 수지 등의 열가소성 수지 등도 들 수 있다.
봉지층(3)을 광반도체 장치(8)에 설치하는 방법으로서는, 예를 들면 봉지층(3)을 광반도체 장치(8)에 직접 형성하는 방법, 봉지층(3)을 다른 박리 시트 등에 형성한 후, 그 봉지층(3)을 라미네이터, 열압착 등에 의해, 그 박리 시트로부터 광반도체 장치(8)에 전사하는 방법 등을 들 수 있다.
그리고, 제 1 실시형태의 광반도체 장치(8)는 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하고 있기 때문에, 광반도체 소자(5)로부터 발광되는 광의 투과성 및 산란성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 발광 효율의 저하를 억제할 수 있어, 시야각이 양호해진다. 또한, 광반도체 소자(5)로서 특히 LD를 이용하는 경우, 광반도체 장치(8)로부터 조사되는 광의 스펙클 노이즈를 저감시킬 수 있다. 또한, 광반도체 장치(8)는 생산성이 양호하기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한, 광반도체 장치(8)는 내열성 및 방열성이 우수하다.
(제 2 실시형태)
광반도체 장치(8)의 제 2 실시형태의 일 실시형태 및 그의 제조 방법에 대하여, 도 3A∼도 3C를 참조해서 설명한다. 제 2 실시형태에 있어서, 상기한 제 1 실시형태와 마찬가지의 부재에는 마찬가지의 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.
광반도체 장치(8)의 제 2 실시형태의 제조 방법은, 예를 들면 봉지 시트 제작 공정(도 3A 참조), 봉지 시트 배치 공정(도 3B 참조) 및 봉지 공정(도 3C 참조)을 구비한다. 이하, 각 공정을 상세히 기술한다.
봉지 시트 제작 공정에서는, 도 3A에 나타내는 바와 같이, 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 봉지층(3)을 적층시킨다.
봉지층(3)은 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면(일방면) 전체면에 배치되어 있고, 상기의 봉지 수지 조성물로부터 시트상으로 형성되어 있다.
봉지층(3)을 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면에 적층시키는 방법으로서, 예를 들면 봉지층(3)을 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 직접 형성하는 방법, 봉지층(3)을 다른 박리 시트 등에 형성한 후, 그 봉지층(3)을 라미네이터, 열압착 등에 의해, 그 박리 시트로부터 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 전사하는 방법 등을 들 수 있다.
한편, 봉지 수지 조성물이 열경화성 수지를 함유하는 경우, 봉지층(3)을 가열하여, 봉지 수지 조성물로 이루어지는 봉지층(3)을 B 스테이지 상태(반경화 상태)로 한다.
가열 조건으로서는, 온도는, 예를 들면 50℃ 이상, 바람직하게는 80℃ 이상이고, 또한, 예를 들면 150℃ 이하, 바람직하게는 140℃ 이하이다. 가열 시간은, 예를 들면 1분간 이상, 바람직하게는 5분간 이상이고, 또한, 예를 들면 100분간 이하, 바람직하게는 15분간 이하이다. 한편, 봉지층(3)을 B 스테이지 상태로 할지 여부는 열경화성 수지의 종류에 따라 적절히 설정할 수 있다.
이에 의해, 형광체 세라믹스 플레이트(1), 및 그 위에 적층되는 봉지층(3)을 구비하는 파장 변환용 봉지 시트(4)를 얻는다. 파장 변환용 봉지 시트(4)는 형광체 세라믹스 플레이트(1) 및 봉지층(3)으로 이루어져, 광반도체 소자(5)를 포함하지 않고, 광반도체 장치(8)의 부품으로서 단독으로 상거래의 대상이 된다.
봉지 시트 배치 공정에서는, 도 3B에 나타내는 바와 같이, 광반도체 소자(5)가 실장된 기판(7)과, 파장 변환용 봉지 시트(4)를 대향 배치한다. 즉, 광반도체 소자(5)와 봉지층(3)이 서로 마주 보도록, 기판(7)과 파장 변환용 봉지 시트(4)를 간격을 띄우고 대향 배치한다.
광반도체 소자(5)는 기판(7)의 전극(도시하지 않음)에 대해서 와이어 본딩 접속되어 있다. 와이어 본딩 접속에서는, 와이어(16)(가상선 참조)를 개재하여, 광반도체 소자(5)의 상면에 설치되는 단자(도시하지 않음)와 기판(7)의 상면에 설치되는 전극(도시하지 않음)이 전기적으로 접속된다.
한편, 광반도체 소자(5)는 기판(7)에 대해서 플립 칩 실장(실선 참조)되어 있어도 된다.
봉지 공정에서는, 도 3C에 나타내는 바와 같이, 파장 변환용 봉지 시트(4)의 봉지층(3)에 의해, 광반도체 소자(5)를 매설한다. 한편, 광반도체 소자(5)가 기판(7)에 대해서 와이어 본딩 접속되어 있는 경우에는, 광반도체 소자(5) 및 와이어(16)를 매설한다.
구체적으로는, 봉지층(3)을 기판(7)에 대해서 열압착시킨다. 바람직하게는 파장 변환용 봉지 시트(4) 및 기판(7)을 평판 프레스한다.
열압착 조건으로서는, 온도가, 예를 들면 80∼220℃이고, 압력이, 예를 들면 0.01∼1MPa이며, 프레스 시간이, 예를 들면 1∼10분간이다.
이 열압착에 의해, 광반도체 소자(5)의 상면 및 측면 및 와이어는 봉지층(3)에 의해 피복된다. 즉, 광반도체 소자(5) 및 와이어가 봉지층(3)에 매설된다.
또한, 광반도체 소자(5)로부터 노출되는 기판(7)의 상면은 봉지층(3)에 의해 피복되고, 파장 변환용 봉지 시트(4)가 광반도체 소자(5) 및 기판(7)에 접착된다.
그리고, 이 열압착에 의해, 봉지 수지 조성물이 열경화성 수지를 함유하는 경우에는, 각각 봉지층(3)이 C 스테이지 상태(완전 경화 상태)가 된다.
이에 의해, 봉지층(3)에 의해 광반도체 소자(5)가 봉지된 광반도체 장치(8)를 얻는다.
즉, 광반도체 장치(8)는, 기판(7)과, 기판(7)에 실장되는 광반도체 소자(5)와, 기판(7) 위에 형성되어 광반도체 소자(5)를 봉지하는 봉지층(3)과, 봉지층(3) 위에 배치되고, 광반도체 소자(5)와 대향 배치되는 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비한다.
그리고, 제 2 실시형태의 광반도체 장치(8)도 제 1 실시형태와 마찬가지의 작용 효과를 나타낼 수 있다.
(제 2 실시형태의 제 1 변형예)
상기한 광반도체 장치(8)의 제 2 실시형태의 일 실시형태에서는, 도 3C에 나타내는 바와 같이, 파장 변환용 봉지 시트(4)에 의해, 기판(7)에 실장된 광반도체 소자(5)를 봉지하여, 광반도체 장치(8)를 직접 제조하고 있지만, 예를 들면 도 4C에 나타내는 바와 같이, 기판(7)에 아직 실장되지 않고서 지지 시트(9)로 지지된 광반도체 소자(5)를 봉지하여, 봉지 광반도체 소자(12)를 제작한 후에, 광반도체 장치(8)를 제조할 수도 있다.
제 1 변형예에 있어서, 광반도체 장치(8)의 제조 방법은, 예를 들면 봉지 시트 제작 공정(도 4A 참조), 봉지 시트 배치 공정(도 4B 참조), 봉지 공정(도 4C 참조), 박리 공정(도 4D 참조) 및 실장 공정(도 4E 참조)을 구비한다. 이하, 각 공정을 상세히 기술한다.
봉지 시트 제작 공정은, 도 4A에 나타내는 바와 같이, 도 3A에서 상기한 봉지 시트 제작 공정과 마찬가지이다.
봉지 시트 배치 공정에서는, 도 4B에 나타내는 바와 같이, 지지 시트(9) 및 지지 시트(9)로 지지된 광반도체 소자(5)와, 파장 변환용 봉지 시트(4)를 대향 배치한다. 즉, 광반도체 소자(5)와 봉지층(3)이 서로 마주 보도록, 지지 시트(9)와 파장 변환용 봉지 시트(4)를 간격을 띄우고 대향 배치한다.
지지 시트(9)는 지지판(10)과 지지판(10)의 상면에 적층되는 점착층(11)을 구비한다.
지지판(10)은 면 방향으로 뻗는 판형상을 이루고, 지지 시트(9)에 있어서의 하부에 설치되어 있어, 지지 시트(9)와 평면시 대략 동일 형상으로 형성되어 있다. 지지판(10)은 면 방향으로 연신 불능한 경질의 재료로 이루어지고, 구체적으로는 그와 같은 재료로서, 예를 들면 산화규소(석영 등), 사파이어, 알루미나 등의 산화물, 예를 들면 스테인리스 등의 금속, 예를 들면 실리콘 등을 들 수 있다. 지지판(10)의 두께는, 예를 들면 0.1∼2mm이다.
점착층(11)은 지지판(10)의 상면 전체면에 형성되어 있다. 점착층(11)을 형성하는 점착 재료로서는, 예를 들면 아크릴계 감압 접착제, 실리콘계 감압 접착제 등의 감압 접착제를 들 수 있다. 또한, 점착층(11)을, 예를 들면 활성 에너지선의 조사에 의해 점착력이 저하되는 활성 에너지선 조사 박리 시트(구체적으로는 일본 특허공개 2005-286003호 공보 등에 기재되는 활성 에너지선 조사 박리 시트) 등으로 형성할 수도 있다. 점착층(11)의 두께는, 예를 들면 0.1∼1mm이다.
지지 시트(9)를 준비하기 위해서는, 예를 들면 지지판(10)과 점착층(11)을 첩합한다. 한편, 우선 지지판(10)을 준비하고, 이어서 상기한 점착 재료 및 필요에 따라 배합되는 용매로부터 조제되는 바니시를 지지판(10)에 도포하고, 그 후, 필요에 따라, 용매를 건조하는 도포 방법 등에 의해, 점착층(11)을 지지판(10)에 직접 적층할 수도 있다.
지지 시트(9)의 두께는, 예를 들면 0.2∼6mm이다.
다음으로, 광반도체 소자(5)를 지지 시트(9)에 대해서 적층한다. 구체적으로는, 광반도체 소자(5)의 하면을 점착층(11)의 상면에 접촉시킨다.
이에 의해, 광반도체 소자(5)를 지지 시트(9)에 배치(재치)한다. 즉, 지지 시트(9)에 광반도체 소자(5)를 지지시킨다.
봉지 공정은, 도 4C에 나타내는 바와 같이, 도 3C에서 상기한 봉지 공정과 마찬가지이다.
박리 공정에서는, 도 4D의 화살표로 나타내는 바와 같이, 봉지 광반도체 소자(12)를 점착층(11)의 상면으로부터 박리한다. 구체적으로는, 점착층(11)이 활성 에너지선 조사 박리 시트인 경우에는, 활성 에너지선을 점착층(11)에 조사한다.
이에 의해, 광반도체 소자(5)와, 광반도체 소자(5)를 봉지하는 봉지층(3)과, 봉지층(3) 위에 배치되고, 광반도체 소자(5)와 대향 배치되는 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하는 봉지 광반도체 소자(12)를 얻는다. 봉지 광반도체 소자(12)는 광반도체 소자(5), 봉지층(3) 및 형광체 세라믹스 플레이트(1)로 이루어져, 기판(7)을 포함하지 않고, 광반도체 장치(8)의 부품으로서 단독으로 상거래의 대상이 된다.
봉지 광반도체 소자(12)는 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하고 있기 때문에, 광반도체 소자(5)로부터 발광되는 광의 투과성 및 산란성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 발광 효율의 저하를 억제할 수 있어, 시야각이 양호해진다. 또한, 광반도체 소자(5)로서 특히 LD를 이용하는 경우, 봉지 광반도체 소자(12)로부터 조사되는 광의 스펙클 노이즈를 저감시킬 수 있다. 또한, 봉지 광반도체 소자(12)는 생산성이 양호하기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다. 더욱이, 봉지 광반도체 소자(12)는 내열성 및 방열성이 우수하다.
실장 공정에서는, 그 후, 도 4E에 나타내는 바와 같이, 봉지 광반도체 소자(12)를 기판(7)에 실장한다. 구체적으로는, 광반도체 소자(5)의 하면에 설치되는 단자(도시하지 않음)와 기판(7)의 전극(도시하지 않음)을 접속해서, 봉지 광반도체 소자(12)를 기판(7)에 플립 칩 실장한다.
이에 의해, 기판(7), 광반도체 소자(5), 봉지층(3) 및 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하는 광반도체 장치(8)를 제조한다.
제 1 변형예의 광반도체 장치(8)도 상기와 마찬가지의 작용 효과를 나타낼 수 있다.
(제 2 실시형태의 제 2 변형예)
상기한 광반도체 장치(8)의 제 2 실시형태의 일 실시형태에서는, 도 3C에 나타내는 바와 같이, 광반도체 장치(8)는 기판(7) 위에는 광반도체 소자(5)를 둘러싸도록 배치되는 하우징을 구비하고 있지 않지만, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 광반도체 장치(8)는 하우징(13)을 구비할 수도 있다.
도 5의 제 2 변형예의 광반도체 장치(8)는, 기판(7)과, 기판(7)에 실장되는 광반도체 소자(5)와, 기판(7) 위에 형성되는 하우징(13)과, 광반도체 소자(5)를 봉지하는 봉지층(3)과, 봉지층(3) 위에 형성되는 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하고 있다.
하우징(13)은 평면시 대략 틀형상을 이루고, 상방을 향해 점차적으로 폭이 좁아지는 대략 사다리꼴 통형상으로 형성되어 있다. 또한, 하우징(13)은 광반도체 소자(5)를 둘러싸도록, 광반도체 소자(5)와 간격을 띄우고 배치되어 있다.
봉지층(3)은 하우징(13) 내에 충전되어 있다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)는 봉지층(3)의 상면 전체면 및 하우징(13)의 상면의 내측 단부에도 배치되어 있다.
제 2 변형예에 나타내는 광반도체 장치(8)도 상기와 마찬가지의 작용 효과를 나타낼 수 있다.
(제 3 실시형태)
광반도체 장치(8)의 제 3 실시형태 및 그의 제조 방법에 대하여, 도 6A∼도 6C를 참조해서 설명한다. 제 3 실시형태에 있어서, 상기한 제 1 실시형태와 마찬가지의 부재에는 마찬가지의 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.
광반도체 장치(8)의 제 3 실시형태의 제조 방법은, 예를 들면 회로 기판 제작 공정(도 6A 참조), 회로 기판 배치 공정(도 6B 참조) 및 실장 공정(도 6C 참조)을 구비한다. 이하, 각 공정을 상세히 기술한다.
회로 기판 제작 공정에서는, 도 6A에 나타내는 바와 같이, 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 전극 배선(41)을 적층시킨다.
전극 배선(41)은, 광반도체 소자(5)의 단자(44)와 전기적으로 접속하기 위한 전극(42)과, 그것에 연속하는 배선(43)을 일체적으로 구비하는 도체 패턴으로서 형성되어 있다. 전극 배선(41)은, 예를 들면 금, 구리, 은, 니켈 등의 도체로 형성되어 있다.
전극(42)은 1개의 광반도체 소자(5)(도 6B 참조)에 대해서 2개(1쌍) 설치되고, 구체적으로는 1개의 광반도체 소자(5)에 형성되는 2개의 단자(44)에 대응해서 설치되어 있다.
또한, 전극 배선(41)의 표면(상면 및 측면)에 도시하지 않는 보호막을 형성할 수도 있다. 보호막은 산화 방지 또는 접속성의 관점에서, 예를 들면 Ni 및/또는 Au로 이루어지는 도금층으로서 형성되어 있다.
전극 배선(41)의 치수는 적절히 설정되어 있고, 구체적으로는, 전극(42)의 최대 길이가, 예를 들면 0.03mm 이상, 바람직하게는 0.05mm 이상이고, 또한, 예를 들면 50mm 이하, 바람직하게는 5mm 이하이다. 또한, 인접하는 전극(42)간의 간격은, 예를 들면 0.05mm 이상, 바람직하게는 0.1mm 이상이고, 또한, 예를 들면 3mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하이다. 또한, 배선(43)의 폭은, 예를 들면 20μm 이상, 바람직하게는 30μm 이상이고, 또한, 예를 들면 400μm 이하, 바람직하게는 200μm 이하이다.
전극 배선(41)의 두께는, 예를 들면 10μm 이상, 바람직하게는 25μm 이상이고, 또한, 예를 들면 200μm 이하, 바람직하게는 100μm 이하이다. 또한, 도시하지 않는 보호막의 두께는, 예를 들면 100nm 이상, 바람직하게는 300nm 이상이고, 또한, 예를 들면 5μm 이하, 바람직하게는 1μm 이하이다.
이 방법에서는, 도 6A에 나타내는 바와 같이, 전극 배선(41)을 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면(일방면)에 적층한다.
전극 배선(41)을 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면에 적층하는 방법으로서는, 예를 들면 가열 접합법, 인쇄-가열 접합법, Mo-Mn법, 황화구리법, 구리 메탈라이즈법, 인쇄법, 전사법 등을 들 수 있고, 바람직하게는 가열 접합법, 인쇄-가열 접합법을 들 수 있다.
가열 접합법에서는, 예를 들면, 전극 배선(41)을 형성하기 위한 도체 시트를 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면 전체면에 접촉시키고, 계속해서, 예를 들면 Ar, N2 등의 불활성 분위기 중에서, 800∼1200℃의 온도에서 가열하여, 형광체 세라믹스 플레이트(1)와 도체 시트로 이루어지는 접합 기판을 형성한다. 그 후, 도체 시트를 에칭 등에 의해, 전극 배선(41)을 형성한다.
인쇄-가열 접합법에서는, 예를 들면, 도체의 분말에 유기 화합물 등의 바인더 및 용매를 혼합하여 조제한 페이스트를, 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 상면에 상기한 패턴으로 인쇄하여 인쇄 패턴을 형성하고, 그 인쇄 패턴을 따라, 도체 시트를 디스펜서에 의해 배치하고, 불활성 분위기 또는 진공 중에서, 상기한 온도에서 가열하여 접합한다. 그 후, 도체 시트를 에칭 등에 의해, 도체 패턴을 형성한다.
이에 의해, 광반도체 소자(5)를 위에 실장하기 위한 형광체 세라믹스 플레이트(1)와, 그 위에 적층되고, 광반도체 소자(5)와 전기적으로 접속하기 위한 전극 배선(41)을 구비하는 회로 기판(40)을 얻는다. 회로 기판(40)은 형광체 세라믹스 플레이트(1) 및 전극 배선(41)으로 이루어져, 광반도체 소자(5)를 포함하지 않고, 광반도체 장치(8)의 부품으로서 단독으로 상거래의 대상이 된다.
회로 기판(40)은 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하고 있기 때문에, 광반도체 소자(5)로부터 발광되는 광의 투과성 및 산란성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 발광 효율의 저하를 억제할 수 있어, 시야각이 양호해진다. 또한, 광반도체 소자(5)로서 특히 LD를 이용하여 광반도체 장치(8)를 제조하는 경우, 광반도체 장치(8)로부터 조사되는 광의 스펙클 노이즈를 저감시킬 수 있다. 또한, 회로 기판(40)은 생산성이 양호하기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다. 더욱이, 회로 기판(40)은 내열성 및 방열성이 우수하다.
또한, 회로 기판(40)이 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하므로, 별도로 형광체층을 기판의 하면에 설치함이 없이, 하방으로 발광되는 광을 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 의해 파장 변환할 수 있다. 그 때문에, 광반도체 장치(8)의 하방의 광속을 향상시키면서, 광반도체 장치(8)에 있어서의 부품 점수를 저감하여, 광반도체 장치(8)의 구성을 간이하게 할 수 있다. 그 결과, 광반도체 장치(8)의 제조 공정수를 저감하고, 제조 방법을 간이하게 해서, 광반도체 장치(8)의 생산성을 향상시키고, 제조 비용을 저감할 수 있다.
회로 기판 배치 공정에서는, 도 6B에 나타내는 바와 같이 광반도체 소자(5)와 회로 기판(40)을 대향 배치한다. 즉, 광반도체 소자(5)의 하면에 설치되는 단자(44)와 회로 기판(40)의 상면에 설치되는 전극 배선(41)이 서로 마주 보도록, 광반도체 소자(5)와 회로 기판(40)을 간격을 띄우고 대향 배치한다.
실장 공정에서는, 그 후, 도 6C에 나타내는 바와 같이, 광반도체 소자(5)를 회로 기판(40)에 대해서 실장한다. 구체적으로는, 광반도체 소자(5)의 단자(44)와 회로 기판(40)의 전극(42)을 접속해서, 광반도체 소자(5)를 회로 기판(40)에 플립 칩 실장한다.
이에 의해, 단자(44)가 전극(42)과 전기적으로 접속된 광반도체 장치(8)를 얻는다.
즉, 광반도체 장치(8)는 회로 기판(40)과 회로 기판(40) 위에 전극 배선(41)으로 전기적으로 접속되도록 실장되는 광반도체 소자(5)를 구비한다.
그 후, 필요에 따라, 도 6C의 가상선으로 나타내는 바와 같이, 봉지층(3)을 광반도체 장치(8)에 설치할 수도 있다. 봉지층(3)은 광반도체 소자(5)를 피복하도록 회로 기판(40) 위에 배치되어 있다. 한편, 봉지층(3)은 상기 형광체 및 상기 투명성 수지를 함유하는 봉지 수지 조성물로 형성되는 형광체 봉지층으로 할 수도 있다.
제 3 실시형태의 광반도체 장치(8)도 제 1 실시형태와 마찬가지의 효과를 나타낼 수 있다.
게다가, 제 3 실시형태의 광반도체 장치(8)에서는, 회로 기판(40)이 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하므로, 별도로 형광체층을 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 하측에 설치함이 없이, 광반도체 소자(5)로부터 하방으로 발광되는 광을 형광체 세라믹스 플레이트(1)에 의해 파장 변환할 수 있다. 그 때문에, 하방의 광속이 우수하면서, 부품 점수를 저감하여, 광반도체 장치(8)의 구성을 간이하게 할 수 있다. 그 결과, 광반도체 장치(8)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또, 이 광반도체 장치(8)에서는, 봉지층(3)을 형광 봉지층으로 하면, 광반도체 소자(5)를 봉지하여, 신뢰성을 향상시키고, 또한 형광 봉지층에 의해, 광반도체 소자(5)로부터 상방 및 측방으로 발광되는 광을 파장 변환하여, 그들 광의 광속을 향상시킬 수 있다. 따라서, 광반도체 장치(8)를 상하 양면으로부터 발광할 수 있는 양면 발광 타입으로 할 수 있다.
3. 발광 장치
다음으로, 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하는 발광 장치의 일례로서의 조명 장치(20)에 대하여, 도 7∼도 8을 참조해서 설명한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 조명 장치(20)는 조명 하우징(22)과 투명 부재(23)와 광원(24)과 반사경(25)과 파장 변환 방열 부재(26)를 구비하고 있다.
조명 하우징(22)은 앞뒤 방향으로 뻗어, 뒤측이 폐쇄되고, 앞측이 개방되는 대략 원통형상으로 형성되어 있다. 조명 하우징(22)은 후술하는 투명 부재(23), 광원(24), 반사경(25) 및 파장 변환 방열 부재(26)를 내부에 수용한다.
투명 부재(23)는 배면시에 있어서 대략 원형상을 이루고, 앞뒤 방향 두께가 얇은 판형상으로 형성되어 있다. 투명 부재(23)의 외형 형상은 앞뒤 방향으로 투영했을 때에, 조명 하우징(22)의 앞단에 있어서의 내주 둘레와 일치하도록 형성되어 있다.
투명 부재(23)는 조명 하우징(22)의 앞단에 설치되어 있다. 구체적으로는, 투명 부재(23)는 조명 하우징(22)의 앞단 둘레가 투명 부재(23)의 앞면(앞측 표면)과 상하 방향으로 면일해지도록, 조명 하우징(22) 내에 수용되어 있다.
광원(24)으로서는, 예를 들면 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD) 등의 반도체 광원을 들 수 있다. 광원(24)은 투명 부재(23)의 뒤측에 간격을 띄우고, 조명 하우징(22) 내부의 상하 방향 및 폭 방향(좌우 방향)의 대략 중앙부에 설치되어 있다. 광원(24)에는, 조명 하우징(22)의 외부로부터 당겨 돌려지는 외부 배선(28)이 접속되어 있다. 광원(24)은 외부 배선(28)으로부터 받는 전력에 의해, 앞측을 향해서 단색광 등의 광을 조사한다.
반사경(25)은 배면시 대략 원형상이고, 측단면시 대략 반원호상의 돔형상으로 형성되어 있다. 반사경(25)의 외형 형상은 앞뒤 방향으로 투영했을 때에, 투명 부재(23)의 외단 둘레와 일치하도록 형성되어 있다. 반사경(25)은 투명 부재(23)의 타방측(뒤측)이고, 광원(24)의 일방측(앞측)에 광원(24)과 간격을 띄우고 배치되어 있다. 또한, 반사경(25)은 그의 앞단 둘레가 투명 부재(23)의 뒷면과 접촉하도록, 조명 하우징(22) 내에 수용되어 있다.
반사경(25)의 중심(상하 방향 및 폭 방향의 중앙)에는, 광원(24)으로부터의 광이 통과하기 위한 관통공(27)이 형성되어 있다. 반사경(25)은, 관통공(27)을 앞측을 향해서 통과하고 파장 변환 방열 부재(26)(후술)로 뒤측을 향해서 확산되는 확산광을, 앞측을 향해서 반사한다.
파장 변환 방열 부재(26)는 조명 하우징(22) 내의 앞측에 설치되어 있다. 구체적으로는, 반사경(25)과 간격을 띄우고 앞측에 대향 배치되고, 투명 부재(23)의 뒷면(뒤측 표면)과 인접 배치되어 있다. 파장 변환 방열 부재(26)는, 도 8A 및 도 8B에 나타내는 바와 같이, 열확산 유지 부재(29)와 파장 변환 접합 부재(30)를 구비하고 있다.
열확산 유지 부재(29)는 상하 방향으로 뻗는 배면시 대략 직사각형상으로 형성되고, 투명 부재(23)에 인접 배치되어 있다. 구체적으로는, 열확산 유지 부재(29)는 열확산 유지 부재(29)의 앞면이 투명 부재(23)의 뒷면과 접촉하도록 배치되어 있다.
열확산 유지 부재(29)는 재치부(31)와 고정부(32)를 구비하고 있다.
재치부(31)는 앞뒤 방향에 두께를 갖는 배면시 대략 직사각형상으로 형성되어 있다. 재치부(31)는 재치부(31)의 앞면이 투명 부재(23)의 뒷면의 배면시 대략 중앙부와 접촉하도록 배치되어 있다.
고정부(32)는 재치부(31)의 앞측 하단으로부터 하측으로 뻗도록 재치부(31)와 일체적으로 형성되어 있다. 고정부(32)는 상하 방향으로 뻗는 배면시 대략 직사각형상을 이루고, 앞뒤 방향의 두께가 재치부(31)보다도 얇은 판형상으로 형성되어 있다. 고정부(32)는 상측 앞면이 투명 부재(23)의 뒷면과 접촉하고, 상하 방향 도중에 있어서 투명 부재(23)와 이간되도록, 뒤측으로 굴곡되어 있다. 고정부(32)의 일단(하단)은 반사경(25)을 관통하여, 조명 하우징(22)의 주면(내단 둘레)에 고정되어 있다.
열확산 유지 부재(29)는 열전도성이 양호한 재료로 형성되어 있고, 예를 들면 알루미늄, 구리 등의 열전도성 금속이나 AlN 등의 세라믹스 재료로 형성되어 있다.
파장 변환 접합 부재(30)는 재치부(31)의 뒷면에 설치되어 있다.
파장 변환 접합 부재(30)는 접합층(34)과 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하고 있다.
접합층(34)은 배면시 대략 직사각형상을 이루고, 판형상으로 형성되어 있다. 접합층(34)은 재치부(31)의 뒷면 및 형광체 세라믹스 플레이트(1)의 앞면(일방면)에 설치되어 있다. 즉, 접합층(34)은 재치부(31)와 형광체 세라믹스 플레이트(1) 사이에 배치되어 있다. 접합층(34)은 앞뒤 방향으로 투영했을 때에, 재치부(31)와 중복되어 있고, 구체적으로는, 배면시에 있어서, 재치부(31)와 동일 형상으로 형성되어 있다.
접합층(34)은, 바람직하게는 광반사성 및 방열성을 구비하고 있고, 예를 들면 광반사성 방열성 경화성 조성물을 경화하는 것에 의해 형성되어 있다.
광반사성 방열성 경화성 조성물로서는, 예를 들면 세라믹스 잉크, 경화성 수지 및 무기 입자를 함유하는 경화성 수지 조성물, 알칼리 금속 규산염 및 무기 입자를 함유하는 규산염 수용액을 들 수 있다.
세라믹스 잉크로서는, 시판품을 이용할 수 있고, 구체적으로는 주식회사 아인사제의 세라믹스 잉크(RG 타입, AN 타입, UV 타입, SD 타입) 등을 들 수 있다.
경화성 수지 조성물에 포함되는 경화성 수지로서는, 예를 들면 경화성 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등을 들 수 있다. 경화형 실리콘 수지로서는, 시판품(상품명: KER-2500, 신에쓰화학공업사제, 상품명: LR-7665, 아사히카세이왁커사제)을 이용할 수 있다.
무기 입자를 구성하는 무기물로서는, 예를 들면 이산화규소, 이산화타이타늄 등의 무기 산화물, 예를 들면 은, 알루미늄 등의 금속, 예를 들면 타이타늄산 복합 산화물(예를 들면 타이타늄산 바륨, 타이타늄산 칼륨) 등의 복합 산화물 등을 들 수 있다.
무기 입자의 평균 입자경(평균 최대 길이)은, 예를 들면 0.1∼50μm이다.
형광체 세라믹스 플레이트(1)는 배면시 대략 직사각형상을 이루고, 판형상으로 형성되어 있다. 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 접합층(34)의 뒷면에 설치되어 있다. 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 앞뒤 방향으로 투영했을 때에, 접합층(34) 및 재치부(31)와 중복되어 있고, 구체적으로는, 배면시에 있어서, 접합층(34) 및 재치부(31)와 동일 형상으로 형성되어 있다.
또한, 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 광원(24) 및 관통공(27)과 동일 직선상이 되도록 배치되어 있다. 구체적으로는, 광원(24), 관통공(27) 및 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 조명 하우징(22)의 축선과 일치하는 직선상에 늘어서도록, 조명 하우징(22) 내에 수용되어 있다.
그리고, 형광체 세라믹스 플레이트(1)를 구비하는 조명 장치(20)에서는, 광원(24)으로부터 조사되는 광 h0가 관통공(27)을 통과하여, 형광체 세라믹스 플레이트(1)에서 백색광으로 파장 변환됨과 동시에, 전방향으로 확산된다. 이때, 형광체 세라믹스 플레이트(1)는 투과성 및 산란성이 우수하기 때문에, 백색광은 효율 좋고 또한 광범위하게 반사경(25)측(뒤측)으로 반사할 수 있다(도 7의 광 h1∼h4를 참조). 즉, 파장 변환 방열 부재(26)에 있어서의 광량의 손실을 저하시키면서, 고효율이고 또한 광범위로 반사경(25)측으로 반사할 수 있다. 그 때문에, 반사경(25)에서 앞측(나아가서는 외부)으로 방출되는 발광 효율이 양호하여, 시야각이 양호해진다. 또한, 조명 장치(20)로부터 조사되는 광의 스펙클 노이즈를 저감시킬 수 있다.
또한, 조명 장치(20)는 생산성이 양호하기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다. 더욱이, 조명 장치(20)는 내열성 및 방열성이 우수하다.
이 조명 장치(20)는, 예를 들면 차재 등구, 높은 천장 서스펜션 등구, 도로 등구, 연예 등구 등의 원방(遠方) 조사 용도에 적합하게 이용할 수 있다.
실시예
이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 그들로 한정되지 않는다. 또한, 이하의 기재에서 이용되는 배합 비율(함유 비율), 물성값, 파라미터 등의 구체적 수치는 상기의 「발명을 실시하기 위한 구체적인 내용」에서 기재되어 있는, 그들에 대응하는 배합 비율(함유 비율), 물성값, 파라미터 등 해당 기재된 상한값(「이하」, 「미만」으로서 정의되어 있는 수치) 또는 하한값(「이상」, 「초과」로서 정의되어 있는 수치)으로 대체할 수 있다.
실시예 1
산화이트륨 입자(순도 99.99질량%, lot: N-YT4CP, 닛폰이트륨사제) 11.34g, 산화알루미늄 입자(순도 99.99질량%, 품번 「AKP-30」, 스미토모화학사제) 8.577g 및 산화세륨 입자(순도 99.99질량%) 0.087g으로 이루어지는 형광체 재료의 원료 분말을 조제했다.
조제한 형광체 재료의 원료 분말 20g과 수용성 바인더 수지(「WB4101」, Polymer Inovations, Inc사제)를 고형분의 체적 비율이 60:40이 되도록 혼합하고, 추가로 증류수를 가하여 알루미나제 용기에 넣고, 직경 3mm의 지르코니아 볼을 가하여 24시간, 볼 밀에 의해 습식 혼합함으로써, 형광체의 원료 입자의 슬러리를 조제했다.
이어서, 조제한 슬러리에 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를, 형광체 재료 분말과 유기 입자의 합계 함유량에 대해서, 3.0체적%가 되도록 첨가하고, 추가로 습식 혼합하여, 형광체 조성물 슬러리를 얻었다.
이어서, 얻어진 형광체 조성물 슬러리를 PET 필름 위에 닥터 블레이드법에 의해 테이프 캐스팅하고 70℃, 5분으로 건조하여, 두께 90μm의 그린 시트를 얻었다. 그 후, 그린 시트를 PET 필름으로부터 박리했다.
이어서, 그린 시트를 20mm×20mm의 사이즈로 잘라냈다. 잘라낸 그린 시트를 2매 제작하고, 이 2매의 그린 시트를 2축 핫 프레스를 이용하여 열 라미네이트하는 것에 의해, 그린 시트 적층체를 제작했다.
이어서, 제작한 그린 시트 적층체를, 전기 머플로에서, 대기 중, 1℃/분의 승온 속도로 1200℃까지 가열하고, 바인더 수지 등의 유기 성분을 분해 제거하는 탈바인더 처리를 실시했다. 그 후, 고온 환경로에 그린 시트 적층체를 옮겨, 환원 분위기하에서, 5℃/분의 승온 속도로 1750℃까지 가열하고, 그 온도에서 5시간 소성하는 것에 의해, 두께(T) 120μm의, Y3Al5O12:Ce로 이루어지는 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
실시예 2
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 4.0μm)를 3.0체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
실시예 3
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 5.0μm)를 3.0체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
실시예 4
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 6.5μm)를 6.5체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
실시예 5
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 12.5μm)를 12.0체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
실시예 6
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 18.0μm)를 9.0체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
실시예 7
형광체 조성물 슬러리의 도포량을 조정하여, 그린 시트의 두께를 두껍게 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 두께(T) 150μm의 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
실시예 8
산화이트륨 입자(순도 99.99질량%, lot: N-YT4CP, 닛폰이트륨사제)를 산화이트륨 입자(순도 99.8질량%, Nanostructured&Amorphous Materials사제)로 변경한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
비교예 1
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 2.5μm)를 4.0체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
비교예 2
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 4.0μm)를 1.5체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
비교예 3
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 4.0μm)를 15.0체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
비교예 4
유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 3.5μm)를 3.0체적% 첨가하는 대신에, 유기 입자(폴리메타크릴산 메틸, 평균 입자경 25.0μm)를 10.0체적% 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 형광체 세라믹스 플레이트를 제조했다.
(공경의 체적의 산출)
각 실시예 및 각 비교예의 형광체 세라믹스 플레이트를 면 방향(두께 방향과 직교 방향, 수평 방향)으로 절단하고, 그 절단 표면(면 방향)을, 레이저 현미경(장치명: 레이저테크, VL2000D, 대물렌즈 20배, 배율 1800배)을 이용하여 공경을 관찰했다. 그 후, 0.5μm 간격으로 면 방향으로 더 절단해 가고, 합계 15면(두께 방향 7.5μm)의 절단 표면을 관찰했다. 이때, 절단 표면에 관찰되는 각 공공 중 동일 공공에 있어서는, 15면의 절단 표면 중 최대 길이를 각 공공의 공경(면 방향)으로 했다(도 9 참조).
각 공공을, 공경이 3.0μm 미만인 공공(소공공)과, 3.0μm 이상 12.0μm 이하인 공공(중공공)과, 12.0μm 초과의 공공(대공공)으로 구분하고, 각각을 진구 환산으로 공공 체적을 계산하여, 구분한 공공의 총체적을 산출했다. 산출한 총체적을 형광체 세라믹스 플레이트의 체적(공공을 측정한 부분, 공공도 포함함)으로 나누는 것에 의해, 공경의 체적 비율(면 방향)을 구했다.
또한, 형광체 세라믹스 플레이트의 두께 방향으로 절단하고, 그 절단 표면(두께 방향)에 대해서도, 상기와 마찬가지로 15면분을 관찰하여, 상기와 마찬가지의 방법으로, 공경의 체적 비율(두께 방향)을 구했다.
공경의 체적 비율(면 방향) 및 공경의 체적 비율(두께 방향)의 평균을 본 발명의 형광체 세라믹스 플레이트의 공경의 체적 비율로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(평균 공경의 산출)
상기에서 산출한 각 공공의 공경으로부터, 각 공공의 공경의 평균(각 공공의 공경의 합계/공공의 수)을 구했다. 한편, 공경(면 방향)의 평균과 공경(두께 방향)의 평균의 평균을 평균 공경으로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(투과율)
각 실시예 및 각 비교예의 형광체 세라믹스 플레이트에 대하여, 분광 광도계(자외 가시 근적외 분광 광도계 V-670, 니혼분코사제)를 이용하여 임의의 3점에서 전광선 투과율(파장 800nm)을 측정하고, 3점의 평균값을 투과율로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(산란성)
각 실시예 및 각 비교예의 형광체 세라믹스 플레이트의 산란성을 하기의 광반도체 장치의 배광성으로 평가했다.
캐비티 부착 다층 세라믹 기판(스미토모금속일렉트로디바이스사제, 품번 「207806」, 하우징 높이 0.6mmt, 하우징 재질 알루미나 반사율 75%)의 캐비티 내에 청색 발광 다이오드 칩(Cree사제, 품번 「C450EZ1000-0123」)을 Au-Sn 땜납으로 다이아 터치하고, Au선으로 와이어 본딩한 광반도체 장치를 제작했다.
그 광반도체 장치의 하우징 위에 각 형광체 세라믹 플레이트를 배치하고, 수직 방향과 45도의 각도에서의 패키지의 각도 의존성을 평가했다. CIE 색도 x의 차가 수직 방향 기준으로 ±0.02 이내인 경우를 ○, ±0.04 이내인 경우를 △, 그 이외인 경우를 ×로 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(불순물의 측정)
각 실시예 및 각 비교예의 형광체 세라믹스 플레이트의 Na 원소, Mg 원소 및 Fe 원소의 불순물을 ICP-MS 분석에 의해 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(양자 효율의 측정)
각 실시예 및 비교예의 형광체 세라믹 플레이트의 양자 효율을 양자 효율 측정 시스템(오쓰카전자사제, 「QE2100」)으로 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(스펙클 콘트라스트비의 측정)
광원(24)으로서 청색 LD 광원(네오아크사제, 「TCSQ0445-1600」)을 이용하고, 형광체 세라믹스 플레이트(1)로서 각 실시예 및 각 비교예의 형광체 세라믹스 플레이트를 이용하여, 도 7에 나타내는 LD 여기의 조명 장치를 제작했다.
조명 장치로부터 조사되는 조사광(h1∼h4의 각 지점의 광의 평균값)의 스펙클 콘트라스트비를, 스펙클 콘트라스트 측정 장치(OXIDE사제, 「Dr. SPECKLE」)를 이용하여 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 한편, 형광체 세라믹 플레이트를 이용하지 않은 경우의 조사광(LD광만)의 스펙클 콘트라스트비는 0.45였다.
Figure 112017077595869-pct00001
본 발명의 형광체 세라믹스는 각종 공업 제품에 적용할 수 있고, 예를 들면 광반도체 장치 등의 광학 용도 등에 이용할 수 있다.
1: 형광체 세라믹스 플레이트
2: 접착층
3: 봉지층
5: 반도체 소자
7: 기판
20: 조명 장치
24: 광원
25: 반사경
27: 관통공
40: 회로 기판
41: 전극 배선

Claims (9)

  1. 공경이 3.0μm 이상 12.0μm 이하인 공공을 갖는 형광체 세라믹스로서,
    상기 형광체 세라믹스에서 차지하는 상기 공공의 체적 비율이 1.5체적% 이상 9.5체적% 이하인 것을 특징으로 하는 형광체 세라믹스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 세라믹스가 판형상을 갖고,
    하기 식:
    V≤1.30×(-log T)
    (V는 공경이 3.0μm 미만인 공공의 체적 비율(%)을 나타내고,
    T는 상기 형광체 세라믹스의 두께(mm)를 나타낸다.)
    을 만족시키는 것을 특징으로 하는 형광체 세라믹스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    하기 (1)∼(3) 중 적어도 1개의 요건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 형광체 세라믹스.
    (1) 나트륨 원소가 67ppm 이하이다.
    (2) 마그네슘 원소가 23ppm 이하이다.
    (3) 철 원소가 21ppm 이하이다.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 세라믹스의 평균 공경이 3.0μm 이상 10.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 형광체 세라믹스.
  5. 기판과,
    상기 기판에 실장되는 광반도체 소자와,
    접착층과,
    상기 접착층의 상기 광반도체 소자와는 반대측의 면에 배치되고, 상기 광반도체 소자와 대향 배치되는 제 1 항에 기재된 형광체 세라믹스
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광반도체 장치.
  6. 기판과,
    상기 기판에 실장되는 광반도체 소자와,
    상기 광반도체 소자를 봉지하는 봉지층과,
    상기 봉지층의 상기 광반도체 소자와는 반대측의 면에 배치되고, 상기 광반도체 소자와 대향 배치되는 제 1 항에 기재된 형광체 세라믹스
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광반도체 장치.
  7. 광반도체 소자와,
    상기 광반도체 소자를 봉지하는 봉지층과,
    상기 봉지층의 상기 광반도체 소자와는 반대측의 면에 배치되고, 상기 광반도체 소자와 대향 배치되는 제 1 항에 기재된 형광체 세라믹스
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 봉지 광반도체 소자.
  8. 광반도체 소자를 두께 방향 일방측에 실장하기 위한 제 1 항에 기재된 형광체 세라믹스와,
    상기 형광체 세라믹스의 두께 방향 일방면에 적층되고, 상기 광반도체 소자와 전기적으로 접속하기 위한 전극 배선
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  9. 광을 일방측에 조사하는 광원과,
    상기 광원과 간격을 띄우고 일방측에 대향 배치되고, 상기 광이 통과하기 위한 관통공이 형성되는 반사경과,
    상기 광이 조사되도록, 상기 반사경과 간격을 띄우고 일방측에 대향 배치되는 제 1 항에 기재된 형광체 세라믹스
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
KR1020177022521A 2015-02-18 2016-02-02 형광체 세라믹스, 봉지 광반도체 소자, 회로 기판, 광반도체 장치 및 발광 장치 KR102520727B1 (ko)

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