KR20110095807A - 발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
(과제) 광 반사율이 높고, 또한 부식에 의한 반사율의 저하가 적은 반사층을 구비하고, 광의 취출 효율이 향상된 발광 장치용 기판과 그 기판을 사용한 발광 장치를 제공한다.
(해결 수단) 발광 소자가 탑재되는 탑재면을 갖는 기판 본체와, 이 기판 본체의 탑재면의 일부에 형성되고, 상기 발광 소자로부터 발해지는 광을 반사시키는 은을 함유하는 반사층과, 이 반사층 상에 형성된 유리질 절연층을 갖고, 상기 유리질 절연층이, 적어도 SiO2 와, Al2O3 과 B2O3 의 적어도 일방, 및 알칼리 금속 산화물을 구성 성분으로 하고, 또한 각 성분의 산화물 기준인 몰% 표시의 함유량으로, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 %, SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 유리로 구성된다.
(해결 수단) 발광 소자가 탑재되는 탑재면을 갖는 기판 본체와, 이 기판 본체의 탑재면의 일부에 형성되고, 상기 발광 소자로부터 발해지는 광을 반사시키는 은을 함유하는 반사층과, 이 반사층 상에 형성된 유리질 절연층을 갖고, 상기 유리질 절연층이, 적어도 SiO2 와, Al2O3 과 B2O3 의 적어도 일방, 및 알칼리 금속 산화물을 구성 성분으로 하고, 또한 각 성분의 산화물 기준인 몰% 표시의 함유량으로, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 %, SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 유리로 구성된다.
Description
본 발명은 발광 소자 탑재용 기판 및 발광 장치에 관련된 것으로서, 특히 반사율의 저하를 방지할 수 있는 발광 소자 탑재용 기판 및 이것을 사용한 발광 장치에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드 (LED) 소자와 같은 발광 소자의 고휘도, 백색화에 수반하여 조명, 각종 디스플레이, 대형 액정 텔레비전의 백라이트 등으로서 발광 소자를 사용한 발광 장치가 사용되고 있다. 일반적으로, 발광 소자를 탑재하는 발광 소자 탑재용 기판에는, 소자로부터 발해지는 광을 효율적으로 반사하는 고반사성이 요구되고 있다.
이 때문에, 종래부터 발광 소자로부터 발광되는 광을 가능한 한 전방으로 반사시키는 것을 목적으로 하여, 기판 표면에 반사층을 형성하는 것이 시도되고 있다. 이와 같은 반사층으로는, 높은 반사율을 갖는 은을 함유하는 반사층 (이하, 은반사층이라고 하는 경우가 있다.) 이 이용되고 있다.
그러나, 은은 부식되기 쉽고, 방치하면 Ag2S 등의 화합물이 생성되어 광 반사율이 저하되기 쉽다. 그 대책으로서 은의 표면을 실리콘 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 등의 수지로 코트하는 방법이 제안되어 있다 (특허문헌 1 참조). 그러나, 이 방법에서는, 수지 중 혹은 은반사층과 수지의 계면으로부터 수분이나 부식성의 기체가 들어가, 시간 경과적으로 은반사층을 부식시켜 버리기 때문에 장기 신뢰성이 요구되는 제품에 사용할 수 없었다.
그래서, 은반사층의 부식을 방지하기 위하여 은 표면을 유리층에서 코팅하는 방법이 제안되어 있다. (특허문헌 2 참조). 그러나, 이 방법에 의하여 형성되는 유리층은, 소성시에 은과의 반응에 의하여 황색에서 갈색으로 변색되기 때문에 반사율이 저하되어 제품에 적용하기에는 불충분하였다.
한편, 은반사층을 이용하지 않고 반사율을 높이는 방법으로서, 고반사율의 알루미나 재료 등도 제안되어 있으나, 1000 ℃ 를 초과하는 고온에서의 소성이 필요하기 때문에, 제조 공정의 부하가 크다는 문제가 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 광 반사율이 높고 또한 부식에 의한 반사율의 저하가 적은 반사층을 구비하고, 광의 취출 효율이 향상된 발광 장치용 기판과, 그 기판을 사용한 발광 장치의 제공을 목적으로 한다.
새로운 과제는, 반사층의 형성에 있어서 공정 부하를 억제하기 위하여, 기판 상의 반사층과, 이 반사층을 보호하는 유리질 절연층을 동시에 소성할 수 있는 발광 소자 탑재용 기판을 제공하는 것이다.
본 발명은 발광 소자 탑재용 기판에 있어서, 발광 소자가 탑재되는 탑재면을 갖는 기판 본체와, 이 기판 본체의 탑재면의 일부에 형성되고, 상기 발광 소자로부터 발해지는 광을 반사시키는 은을 함유하는 반사층과, 이 반사층 상에 형성된 유리질 절연층을 갖고, 상기 유리질 절연층은 적어도 SiO2 와, Al2O3 과 B2O3 의 적어도 일방, 및 알칼리 금속 산화물 (Li2O, Na2O 및 K2O 에서 선택되는 적어도 1 종을 함유한다) 을 구성 성분으로 하는 유리를 함유하는 것으로서, 상기 성분의 산화물 기준의 몰% 표시에 의한 함유량으로 (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 % 이고, 또한 SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하를 만족하는 것이다.
상세한 유리 조성으로는, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 85 %, Al2O3 을 0 ∼ 20 %, B2O3 을 0 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 5 초과 ∼ 40 % 이고, CaO 를 0 ∼ 40 %, SrO 를 0 ∼ 14 %, BaO 를 0 ∼ 7 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하는 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 장치용 기판이다. 또는, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 85 %, Al2O3 을 5 초과 ∼ 20 %, B2O3 을 0 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 0 ∼ 5 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하는 유리로 구성되는 발광 장치용 기판이다. 또는, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 70 %, Al2O3 을 1 ∼ 15 %, B2O3 을 7 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 0 ∼ 30 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하는 유리로 구성되는 발광 장치용 기판이다.
또, 발광 소자 탑재용 기판에 있어서, 상기 유리질 절연층은, 상기 유리 이외에 세라믹스 필러를 함유한다. 또한, 상기 기판 본체 상에 상기 발광 소자용의 접속 단자부가 형성되고, 이 접속 단자부를 제외한 영역에 상기 유리질 절연층이 형성되어 있다. 또, 나아가 상기 기판 본체가 오목부를 갖고, 이 오목부의 바닥면을 상기 발광 소자 탑재면으로 한다.
본 발명의 발광 장치는, 상기 발광 소자 탑재용 기판과, 그 발광 소자 탑재용 기판의 상기 유리질 절연층 상에 탑재된 발광 소자와, 그 발광 소자를 피복하는 형광체층을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판에 있어서는, 유리질 절연층에서 은을 함유하는 반사층을 피복함으로써, 반사층의 산화나 황화 등의 변화 (부식에 의한 변화) 를 방지할 수 있기 때문에 반사층의 반사율 저하를 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서는, 유리질 절연층을 구성하는 유리 중의 알칼리 금속 산화물과 Al2O3 의 양적 관계, 및 SiO2 와 Al2O3 의 양적 관계를 규정함으로써, 반사층에 함유되는 은이 유리 중에 확산되어도 은콜로이드가 잘 형성되지 않게 되어 은발색을 방지할 수 있다.
본 발명의 발광 장치에 있어서는, 상기한 발광 소자 탑재용 기판을 사용함으로써, 반사층의 반사율이 저하되기 어렵기 때문에, 장기간 발광 효율을 유지하는 것을 기대할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 다른 예로서, 발광 소자를 배치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 발광 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 다른 예로서, 발광 소자를 배치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 발광 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
발명을 실시하기
위한 형태
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판의 일례를 나타내는 단면도이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 발광 소자 탑재용 기판 (10) 은, 발광 소자가 탑재되는 탑재면 (1a) 을 갖는 기판 본체 (1) 와, 이 기판 본체 (1) 의 탑재면 (1a) 의 일부에 형성되고, 발광 소자로부터 발해지는 광을 반사시키는 은을 함유하는 반사층 (은반사층 (2)) 과, 이 은반사층 (2) 상에 형성된 유리질 절연층 (3) 을 갖고 있다. 도 2 는 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판 (10) 의 다른 예를 나타내는 단면도로서, 발광 소자 (4) 를 배치한 상태를 나타낸다. 도 2 에 있어서, 발광 소자 (4) 는 은반사층 (2) 상에 형성된 유리질 절연층 (3) 상에 탑재된다. 또, 기판 본체 (1) 의 탑재면 (1a) 에는, 은반사층 (2) 과 함께 은을 주체로 하는 배선 도체층 (은도체층 (2a)) 이 형성되어 있고, 그 일부를 제외한 영역에 유리질 절연층 (3) 이 형성되어 있다. 그리고, 유리질 절연층 (3) 으로 덮이지 않는 은도체층 (2a) 의 일부는, 발광 소자 (4) 를 접속하는 접속 단자부 (5) 로 되어 있다. 또한, 접속 단자부 (5) 상에는, 접속 단자부 (5) 의 보호 및 후술하는 본딩 와이어의 접속 강도를 확보하기 위하여 금 도금층 (6) 을 형성할 수 있다.
유리질 절연층 (3) 은, 적어도 SiO2 와, Al2O3 과 B2O3 의 적어도 일방, 및 알칼리 금속 산화물 (Li2O, Na2O 및 K2O 에서 선택되는 적어도 1 종을 함유한다) 을 구성 성분으로 하고, 상기 성분의 산화물 기준인 몰% 표시에 의한 함유량으로 (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 % 이고, 또한 SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 유리 (이하, 본 발명의 유리라고 하는 경우가 있다.) 를 주성분으로서 함유한다. 유리질 절연층은, 본 발명의 유리 외에 세라믹스 필러를 함유할 수 있다. 본 발명의 유리는, 예를 들어 이하의 조성을 갖는 유리 A, 또는 유리 B, 혹은 유리 C 이다.
유리 A 는, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 85 %, Al2O3 을 0 ∼ 20 %, B2O3 을 0 ∼ 25 %, CaO, SrO, BaO 의 적어도 1 종을 5 초과 ∼ 40 %, CaO 를 0 ∼ 40 %, SrO 를 0 ∼ 14 %, BaO 를 0 ∼ 7 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하고, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 % 이고, 또한 SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 유리이다.
또, 유리 B 는, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 85 %, Al2O3 을 5 초과 ∼ 20 %, B2O3 을 0 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 0 ∼ 5 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하고, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 % 이고, 또한 SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 유리이다.
또한, 유리 C 는, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 70 %, Al2O3 을 1 ∼ 15 %, B2O3 을 7 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 0 ∼ 30 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하고, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 % 이고, 또한 SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 유리이다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판 (10) 에 있어서는, 유리질 절연층 (3) 에 의하여 은반사층 (2) 이 피복되어 있기 때문에, 은반사층 (2) 의 산화나 황화 등의 변화 (부식에 의한 변화) 가 방지된다. 그 결과, 은반사층 (2) 의 반사율의 저하가 방지된다.
기판 본체 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 전체가 평판 형상으로 형성된 부재나, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 발광 소자 (4) 가 탑재되는 탑재면 (1a) 이 1 단 아래의 위치가 되도록 오목부가 형성된 부재이다. 기판 본체 (1) 를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 상기한 유리질 절연층 (3) 의 형성 공정에서, 유리를 주체로 하는 조성물인 페이스트를 도포·소성해도 변형되지 않는 것이 바람직하고, 무기 재료가 바람직하다. 열전도율이나 방열성, 강도, 비용의 관점에서, 무기 재료 중에서도 알루미나, 저온 동시 소성 세라믹스 (Low Temperature Co-fired Ceramic) (이하, LTCC 라고 한다.), 질화 알루미늄 등이 바람직하다. LTCC 의 경우에는, 기판 본체 (1) 와 은반사층 (2), 및 은반사층 (2) 을 피복하는 유리질 절연층 (3) 을 동시에 소성하여 형성할 수 있다. 또한, LTCC 에 의해서 복수층을 적층하는 구조의 경우에는, 급전을 위한 내부 배선층을 동시에 소성할 수 있다. 기판 본체 (1) 를 구성하는 무기 재료의 원료 조성, 소결 조건 등에 대해서는 후술하는 제조 방법에서 설명한다.
은반사층 (2) 의 구성 재료로는, 반사율이 높기 때문에 은이 주로 사용되나, 은팔라듐 합금 또는 은백금 합금 등의 은 합금도 사용할 수 있다.
유리질 절연층 (3) 은 하층의 은반사층 (2) 을 부식 (특히, 은의 산화나 황화) 등에서 보호하기 위한 층으로서, 치밀한 유리 또는 유리와 세라믹스 필러로 형성되는 것이다. 유리질 절연층 (3) 에 함유되는 유리는, 유리질 절연층 (3) 을 치밀하게 하기 위한 성분으로서, 반사율을 저하시키지 않도록 무색인 것이 바람직하다. 이 유리는 은반사층 (2) 과 동시에 소성할 수 있는 것이 바람직하고, 은반사층 (2) 과 동시에 소성했을 때에 발색 (은발색) 을 일으키지 않는 것이 바람직하다. 즉, 은반사층 (2) 과 유리를 동시에 소성하는 경우, 소성 온도가 900 ℃ 보다 높으면 은반사층 (2) 이 변형되어 버리므로, 유리질 절연층 (3) 에 함유되는 유리는, 900 ℃ 이하의 온도에서 소성하여 치밀화할 수 있는 것이 필요하다.
또한, 은발색은, 유리질 절연층 (3) 의 소성시에 은반사층 (2) 으로부터 은이온이 유리 중에 확산되고, 그 은이온이 콜로이드화되어 황색이나 적색으로 발색하는 것이다.
은 (은이온 등) 이 유리 중에 확산되는 것은, 유리의 연화점이 낮을수록 많아지는 경향이 있다. 한편, 소성에 의하여 치밀한 유리질 절연층 (3) 을 얻기 위해서는, 유리의 연화점을 낮출 필요가 있다. 이 때문에, 소성시에 유리가 충분히 유동하여 치밀화되는 것과, 은발색을 억제하는 것을 양립하기가 곤란하다는 생각이 있었다.
본 발명자는, 은반사층 (2) 으로서의 기능을 저하시키지 않고, 광 흡수가 매우 작은 유리질 절연층 (3) 으로서, 유리 조성을 검토한 결과, 무색이고 또한 은발색하지 않는 조성을 알아내었다. 제 1 유리 조성은, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 85 %, Al2O3 을 0 초과 ∼ 20 %, B2O3 을 0 ∼ 25 %, CaO, SrO, BaO 의 적어도 1 종을 5 초과 ∼ 40 %, CaO 를 0 ∼ 40 %, SrO 를 0 ∼ 14 %, BaO 를 0 ∼ 7 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하고, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 %, SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 것이다 (유리 A). 또, 제 2 유리 조성은, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 85 %, Al2O3 을 5 초과 ∼ 20 %, B2O3 을 0 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 0 ∼ 5 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하고, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 %, SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 것이다 (유리 B). 또한, 제 3 유리 조성은, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 70 %, Al2O3 을 1 ∼ 15 %, B2O3 을 7 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 0 ∼ 30 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하고, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 % 이고, 또한 SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 것이다 (유리 C).
이하에서, 유리질 절연층 (3) 에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 유리질 절연층 (3) 은 유리 단체의 층 또는 유리와 세라믹스 필러를 함유하는 층이다.
유리질 절연층 (3) 의 두께는 전형적으로는 5 ∼ 30 ㎛ 이다. 5 ㎛ 미만이면, 피복성이 불충분해질 우려가 있기 때문에 5 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 30 ㎛ 를 초과하면, 발광 소자 (4) 의 방열성을 저해하여 발광 효율이 저하되어 버릴 우려가 있다.
유리질 절연층 (3) 은, 예를 들어 유리 분말, 또는 유리 분말과 세라믹스 필러의 혼합물을 페이스트화하여 스크린 인쇄하고, 소성하여 형성되지만, 5 ∼ 30 ㎛ 의 두께의 층을 평탄하게 형성할 수 있는 방법이면 특별히 한정되는 것은 아니다.
유리질 절연층 (3) 은, 체적% 표시로 유리를 50 % 이상 함유하는 것이 바람직하다. 50 % 미만이면, 소성시의 소결이 불충분해져 피복성을 해칠 우려가 있다. 소결성을 향상시키기 위하여, 유리를 70 % 이상 함유하는 것이 보다 바람직하다. 또, 세라믹스 필러를 50 % 이하 함유한다. 세라믹스 필러의 함유량은 전형적으로는 5 % 이상이다. 세라믹스 필러를 함유함으로써, 유리질 절연층 (3) 의 강도를 높일 수 있는 경우가 있다. 또, 유리질 절연층 (3) 의 방열성을 높일 수 있는 경우가 있다.
상기 세라믹스 필러 (이하, 절연층용 세라믹스 필러라고 하는 경우가 있다.) 는, 광의 흡수가 적은 백색이나 투명한 것이 바람직하고, 구체적으로는 알루미나 분말이나 실리카 분말, 지르코니아 분말 등이 바람직하다. 절연층용 세라믹스 필러의 입도나 형상 등은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 평균 입경 (D50) 이 0.5 ∼ 2 ㎛ 정도인 것이 사용된다. 또한, 본 명세서에서 50 % 입경 (D50) 은, 레이저 회절/산란식 입도 분포 측정 장치를 이용하여 측정한 것을 말한다.
다음으로, 유리질 절연층 (3) 을 구성하는 유리 (유리 A, 유리 B 및 유리 C) 의 각 성분에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 특별히 언급하지 않는 한 조성은 몰% 표시의 것으로 하고, 간단히 % 로 표기한다.
SiO2 는 유리의 네트워크 형성자로서, 화학적 내구성, 특히 내산성을 높이는 성분이고 필수적이다. 35 % 미만에서는, 내산성이 불충분해질 우려가 있다. 85 % 초과에서는, 유리 용융 온도가 높아지거나, 또는 유리 연화점 (Ts) 이 지나치게 높아질 우려가 있다.
B2O3 은 필수 성분은 아니나, 유리의 네트워크 형성자로서, 또 연화점을 낮추는 성분이기도 하기 때문에 함유하는 것이 바람직하다. 5 % 미만에서는, 유리 용융 온도가 쉽게 높아지거나, 또는 유리가 불안정해질 우려가 있다. 또, 은발색이 쉽게 발생할 우려가 있다. 보다 바람직한 함유량은 7 % 이상이다. 25 % 초과에서는, 안정적인 유리를 얻기 어려워지거나, 또는 화학적 내구성이 저하될 우려가 있다. 또한, Al2O3 을 함유하지 않는 경우, 은발색의 억제에는 B2O3 을 필수적으로 함유하는 것이 바람직하다.
Al2O3 은, CaO, SrO, BaO 의 적어도 1 종을 함유하고, 또한 그 함유량의 합계가 5 % 이하인 경우에 필수적인 것으로서, 유리의 안정성을 높이기 위하여 5 % 초과 함유시킬 필요가 있다. 20 % 초과에서는, 유리의 연화점이 상승하여 소성시의 소결성을 해칠 우려가 있다. 그 때문에, 연화점을 낮추기 위하여, 다른 연화점 저하 성분인 B2O3 이나 Li2O, Na2O 및 K2O 의 함유량을 늘리는 것이 필요하게 되고, 은발색이 쉽게 발생된다.
CaO, SrO, BaO 의 적어도 1 종을 5 % 초과 함유하는 경우, 유리의 안정성, 또는 화학적 내구성을 높이기 위하여, Al2O3 는 20 % 이하의 범위에서 함유해도 된다. 20 % 초과에서는 유리의 연화점이 상승하여 소성시의 소결성을 해칠 우려가 있다. 그 때문에, 연화점을 낮추기 위하여, 다른 연화점 저하 성분인 B2O3 나 Li2O, Na2O 및 K2O 의 함유량을 늘리는 것이 필요하게 되고, 은발색이 쉽게 발생된다.
은발색 거동에 대한 Al2O3 의 관계에 대하여 추가로 설명한다. 먼저, 은발색의 발생 메커니즘으로서, 다음과 같이 설명할 수 있다. 먼저, 은반사층 (2) 을 피복하도록 소성에 의하여 형성되는 유리질 절연층 (3) 에는, 소성과 함께 은이 유리질 절연층 (3) 의 유리 중에 확산되어 간다. 유리 중의 은은, 은이온의 형태로, 통상적으로 Ag＋ 로 존재하는 것으로 생각된다. 또한, 은이온이 유리 중에서 이동하고 모이는 것과 함께, 환원되었을 경우에 Ag0 이 되고, 이것이 콜로이드화되면 광 흡수를 일으킨다. 이 광 흡수가, 이른바 은발색으로서 검지된다.
이 메커니즘을 고찰하면, 은이 유리 중에서 은이온의 형태 그대로 존재한다면, 광 흡수는 유발되지 않고, 은발색은 검지되지 않는다. 요컨대, 은을 은이온 상태에서, 유리 중에서 머물게 하는 것이, 은발색 억제의 유효한 수단이라고 할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 유리의 안정성, 원료의 입수 용이성, 도금 공정등에서 필요한 화학 내구성의 확보가 용이한 점에서, SiO2 를 골격으로 하는 유리를 선정하고 있다. SiO2 를 골격으로 하는 유리 중의 알칼리 성분과 Al2O3 의 관계에 대해서는 이하의 것이 알려져 있다. 먼저, SiO2 를 골격으로 하는 유리에 알칼리 성분을 도입하게 되면, 알칼리 금속 원자는 유리 중의 규소 원자와 산소 원자의 결합, 즉, Si-O-Si 의 가교를 풀고, Si-O- : M＋ 의 이온 결합 형태로 들어가게 되어 이른바 비가교 산소를 발생시켜 간다. 또한, M 은 알칼리 금속 원자를 나타낸다.
여기에 Al2O3 을 도입하면, 먼저, 알루미늄 이온인 Al3 ＋ 는 유리 중의 비가교 산소를 끌어당겨 4 배위 구조의［AlO4］의 형태를 취하고, 중심의 Al 은 부의 전하를 띤 형태가 된다. 그리고, 이 전하 보상을 위하여, 정의 전하를 갖는 M＋ (알칼리 금속 이온) 를 끌어당기는 형태를 취한다. 동일한 구조를 취하는 원소로서 B (붕소) 도 알려져 있으나, Al (알루미늄) 이 B 보다 우선적으로 이 구조를 취하기 쉬운 것으로 알려져 있다. 이 구조를 취할 때, 유리 전체의 구조 중의 비가교 산소의 수는 감소되고, 유리 네트워크의 구조는 강해진다.
여기서, Ag (은) 에 대하여 고찰하면, Ag 도 알칼리 금속 원자와 마찬가지로, 1 가의 가수를 취하고, 유리 중에서 이온으로서 존재할 때에는 Ag＋ 가 되어, 알칼리 금속 원자와 동일한 거동을 나타내는 것이 추찰된다. 요컨대, Al3 ＋ 는 유리 중의 비가교 산소를 끌어당겨, 4 배위의［AlO4］의 형태를 취하고, 중심의 Al 은 부의 전하를 띤 형태가 되고, 이 전하 보상을 위하여 정의 전하를 갖는 Ag＋ (은이온) 를 끌어당기는 형태를 취한다. 유리 중의 은이온은 발색의 원인은 되지 않기 때문에, 은이온으로 안정적으로 존재할 수 있는 이 구조를 취할 경우, 은발색은 쉽게 발생되지 않을 것으로 생각된다.
알칼리 금속 산화물인 Li2O, Na2O 및 K2O 는 연화점을 저하시키는 성분으로서 유용하다. 그러나, 함유량이 지나치게 많으면 은발색이 쉽게 발생된다. 이것은 유리 중의 비가교 산소가 증가하여, 유리 중에 은이 확산하기 쉬워지는 것이 한 요인이지만, Al2O3 을 도입하면 은발색은 억제된다. 본 발명자는, Li2O, Na2O 및 K2O 의 함유량의 합계와 Al2O3 의 함유량 차이가 은발색에 관계되는 것을 알아내었다. 즉, 산화물 기준의 몰% 표시로 성분을 나타냈을 때, (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 은 -20 ∼ 1.5 % 인 것이 바람직하다. 이 범위에 있으면, 은이 유리 중에 확산된 경우에도, 은이온 형태로 안정적으로 존재할 수 있는 구조를 취하는 것으로 생각된다. -20 % 미만인 경우에는 은발색이 쉽게 발생된다. 또, 1.5 % 초과인 경우에도 은발색이 쉽게 발생된다. 바람직한 (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) 의 범위는 1 초과 ∼ 7 %, 더욱 바람직하게는 2 ∼ 7 % 이다.
Al2O3 이 과잉인 경우, 유리 중에서 Al 은 6 배위 구조를 취하고, 이른바 수식 원소로서 움직이는 것이 알려져 있다. 이 경우, Al 은 비가교 산소를 증가시키는 방향으로 작용하기 때문에, 유리는 간극이 많은 구조를 취하게 된다. 또한, Al 이 Ag＋ 등의 정의 전하를 갖는 이온을 끌어당기는 형태는 되지 않는다. 요컨대, 은이온을 유리 중에서 안정화할 수 없게 된다. 이 때, 알칼리 금속 원자 및 은은 유리 중에서 이동하기 쉬워지고, 은이 모여 콜로이드화될 가능성이 높아지는 것으로 추찰된다. 본 발명자는, SiO2 함유량과 3 배의 Al2O3 함유량의 합이 지나치게 크면 은발색이 발생되기 쉬워지는 것을 알아내었다. 즉, (SiO2 ＋ 3 × Al2O3) 은 90 % 이하인 것이 바람직하다. 90 % 초과이면 은발색이 쉽게 발생된다. 보다 바람직한 Al2O3 의 범위는 5 ∼ 15 % 이다.
CaO, SrO, BaO 는 모두 Al2O3 이 5 % 초과일 때는 필수는 아니지만, 유리의 용융 온도를 저하시키고, 또 유리를 안정화시키기 위해서 유용하다. 그러나, 함유량이 지나치게 많으면 유리가 불안정해지는 경우가 있고, 또 은발색이 발생되기 쉬워지는 경우가 있다. CaO 는 40 % 이하 함유해도 된다. 40 % 초과에서는 유리가 불안정해질 우려가 있다. 30 % 이하가 보다 바람직하다. SrO 는 14 % 이하 함유해도 된다. 14 % 초과에서는 은발색이 발생되기 쉬워질 우려가 있다. BaO 는 7 % 이하 함유해도 된다. 7 % 초과에서는 은발색이 발생되기 쉬워질 우려가 있다.
Al2O3 이 5 % 이하일 때는, 유리를 안정화 시키기 위하여 CaO, SrO, BaO 의 어느 것 1 이상을 그 함유량의 합계가 5 % 초과로 함유시킬 필요가 있다. 또, 유리의 용융 온도를 저하시키기 위하여 유용하다. 그러나, 함유량이 지나치게 많으면 유리가 불안정해지는 경우가 있고, 또 은발색이 발생되기 쉬워지는 경우가 있다. CaO 는 40 % 이하 함유해도 된다. 40 % 초과에서는 유리가 불안정해질 우려가 있다. 30 % 이하가 보다 바람직하다. SrO 는 14 % 이하 함유해도 된다. 14 % 초과에서는 은발색이 발생되기 쉬워질 우려가 있다. BaO 는 7 % 이하 함유해도 된다. 7 % 초과에서는 은발색이 발생되기 쉬워질 우려가 있다.
본 발명에 있어서 유리질 절연층 (3) 을 구성하는 유리, 즉 본 발명의 유리는, 본질적으로 상기 성분을 주성분으로 하지만, 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 그 밖의 성분을 함유해도 된다. 그러한 성분을 함유하는 경우, 그 성분들의 함유량 합계는 10 % 이하인 것이 바람직하다. 단, 납 산화물은 함유하지 않는다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판 (10) 에 있어서, 탑재되는 발광 소자 (4) 로는 LED 소자를 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 방사된 광에 의하여 형광체를 여기하여 가시광을 발광시키는 것으로서, 청색 발광 타입의 LED 소자나 자외 발광 타입의 LED 소자를 예시할 수 있다. 단, 이것들에 한정되지 않고, 형광체를 여기하여 가시광을 발광시킬 수 있는 발광 소자이면, 발광 장치의 용도나 목적으로 하는 발광색 등에 따라서 여러 가지 발광 소자를 사용할 수 있다.
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판 (10) 에 있어서, 기판 본체 (1) 를 구성하는 재료는, 그 위에 은반사층 (2) 과 그것을 보호하는 유리질 절연층 (3) 을 순서에 따라서 형성할 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 상기한 바와 같이, 알루미나 또는 질화 알루미늄와 같은 세라믹스, 혹은 LTCC 가 바람직하다. 이하에서는, 먼저 기판 본체 (1) 가 LTCC 기판인 경우에 대하여 설명하고, 이어서 기판 본체 (1) 가 알루미나 기판과 같은 세라믹스 기판인 경우에 대하여 설명한다.
LTCC 기판은, 유리 분말과 세라믹스 필러를 혼합하여 이루어지는 조성물 (이하, 유리 세라믹스 조성물이라고 한다.) 을 소성하여 제조되는 기판으로서, 은반사층 (2) 과 동시에 소성하여 제조하는 것이 가능한 기판이다.
LTCC 기판을 구성하는 유리의 조성으로는, 예를 들어 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 가 60.4 %, B2O3 이 15.6 %, Al2O3 이 6 %, CaO 가 15 %, K2O 가 1 %, Na2O 가 2 % 인 조성을 들 수 있다.
LTCC 기판의 제조에 사용되는 유리 분말은, 용융법에 의하여 얻어진 유리를 분쇄하여 제조된다. 분쇄 방법은 본 발명의 목적을 해치지 않는 것이면 한정되지 않고, 건식 분쇄여도 되고 습식 분쇄여도 된다. 습식 분쇄의 경우에는 용매로서 물을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 분쇄에는 롤 밀, 볼 밀, 제트 밀 등의 분쇄기를 적절히 사용할 수 있다. 유리는 분쇄 후, 필요에 따라서 건조되어 분급된다.
세라믹스 필러로는, 종래부터 LTCC 기판의 제조에 사용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 알루미나 분말, 지르코니아 분말, 또는 알루미나 분말과 지르코니아 분말의 혼합물을 바람직하게 사용할 수 있다. 이하, 세라믹스 필러로서 알루미나 분말이 사용된 LTCC 기판에 대하여 설명한다.
알루미나 분말의 입도나 형상 등은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 평균 입경 (D50) 이 1 ∼ 5 ㎛ 정도인 것이 사용된다. 예를 들어, 쇼와 전공사 제조의 AL-45H 를 들 수 있다. 유리 분말과 알루미나 분말의 배합 비율은, 예를 들어 유리 분말 40 질량%, 알루미나 분말 60 질량% 이다.
기판 본체 (1) 로서 LTCC 기판을 갖는 발광 소자 탑재용 기판 (10) 은, 유리 분말과 상기 알루미나 분말을 혼합하여 이루어지는 조성물을 그린 시트화하여 사용하고, 이하에 나타내는 바와 같이 하여 제조할 수 있다. 먼저, 유리 분말과 알루미나 분말에, 폴리비닐부티랄 수지나 아크릴 수지 등의 수지와, 필요에 따라서 프탈산 디부틸, 프탈산 디옥틸, 프탈산 부틸벤질 등의 가소제 등을 첨가하여 혼합하고, 추가로 톨루엔, 자일렌, 부탄올 등의 용제를 첨가하여 슬러리로 한다. 이 슬러리를 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 등의 필름 상에 닥터 블레이드법 등에 의하여 시트 형상으로 성형한다. 마지막으로, 이 시트 형상으로 성형된 것을 건조시키고 용제를 제거하여 그린 시트 (유리 세라믹스 그린 시트) 로 한다.
이와 같은 그린 시트의 표면에, 은 혹은 은팔라듐 합금 또는 은백금 합금 등의 은 합금 분말에, 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라서 용제 등을 첨가하여 페이스트 상태로 한 은 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄 등에 의하여 미 (未) 소성의 은반사층을 형성한다. 또, 필요에 따라서, 상기 은 페이스트 또는 공지된 은 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄 등에 의하여 미소성의 배선 도체층을 형성한다. 또한 그린 시트에 층간 접속용 등의 비아홀을 형성하고, 이 비아홀 내에 상기 은 페이스트를 충전함으로써, 미소성의 접속 비아나 서멀 비아를 형성할 수 있다.
다음으로, 미소성의 은반사층 등의 위에, 상기한 조성을 갖는 본 발명의 유리의 분말과 상기한 절연층용 세라믹스 필러 (알루미나 분말) 를 함유하는 혼합물의 페이스트 (이하, 유리 페이스트라고 한다.) 를 스크린 인쇄 등에 의하여 인쇄하여 미소성의 유리질 절연층을 형성한다.
그 후, 상기 그린 시트의 1 장 또는 복수 장을 중첩시켜 일체화한 것을, 500 ∼ 600 ℃ 로 가열하고, 그린 시트 등에 함유되는 수지 등의 바인더를 분해·제거하는 탈지를 실시한 후, 소성을 실시하고, 이어서 필요에 따라서 원하는 형상으로 가공되어 기판이 된다. 소성은, 전형적으로는 850 ∼ 900 ℃ 에서 20 ∼ 60 분간 유지하여 행해진다. 보다 전형적인 소성 온도는 860 ∼ 880 ℃ 이다. 이 소성에 의하여, 상기한 미소성의 은반사층이나 미소성의 배선 도체층, 미소성의 접속 비아 등도 동시에 소성된다.
은반사층 등을 그린 시트와 동시에 소성하는 경우, 소성 온도는 880 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 880 ℃ 초과에서는, 소성시에 은 또는 은 함유 합금이 연화되어, 은반사층이나 배선 도체층, 접속 비아 등의 형상을 유지할 수 없게 될 우려가 있다. 보다 바람직한 소성 온도는 870 ℃ 이하이다. 이렇게 하여, 기판 본체 (1) 인 LTCC 기판의 표면에 은반사층 (2) 이 형성되고, 그 위에 유리질 절연층 (3) 이 피복된 발광 소자 탑재용 기판 (10) 이 얻어진다.
다음으로, 기판 본체 (1) 로서 세라믹스 기판을 갖는 발광 소자 탑재용 기판 (10) 의 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 세라믹스 그린 시트를 제작하여 세라믹스 기판을 제조한다. 세라믹스 그린 시트는, 세라믹스 분말과 소결 보조제를 함유하는 세라믹스 조성물에, 바인더, 필요에 따라서 가소제, 용제 등을 첨가하여 슬러리를 조제하고, 이것을 닥터 블레이드법 등에 의하여 시트 형상으로 성형하고 건조시킴으로써 형성할 수 있다.
세라믹스 분말로는, 알루미나 분말이나 질화 알루미늄 분말을 사용할 수 있다. 세라믹스 분말의 50 % 입경 (D50) 은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 세라믹스 분말의 D50 이 0.5 ㎛ 미만인 경우에는 세라믹스 분말이 응집되기 쉽고, 취급이 곤란해질뿐만 아니라 균일하게 분산시키기가 곤란해진다. 한편, D50 이 2 ㎛ 를 초과하는 경우에는 소결 부족이 발생할 우려가 있다.
소결 보조제로는, 종래부터 세라믹스 기판의 제조에 사용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, SiO2 와 알칼리 토금속 산화물의 혼합물, 희토류 원소 산화물 (특히, Y2O3 을 주요 성분으로 하는 Y2O3 계 보조제) 을 바람직하게 사용할 수 있다. 소결 보조제의 D50 은 0.5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이와 같은 세라믹스 분말과 소결 보조제를, 예를 들어 세라믹스 분말이 80 질량% 이상 99 질량% 이하, 소결 보조제가 1 질량% 이상 20 질량% 이하가 되도록 배합하고 혼합하여 세라믹스 조성물을 얻는다. 이 세라믹스 조성물에 바인더, 필요에 따라서 가소제, 용제 등을 첨가하여 슬러리로 한다.
바인더로는, 예를 들어 폴리비닐부티랄, 아크릴 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 가소제로는, 예를 들어 프탈산 디부틸, 프탈산 디옥틸, 프탈산 부틸벤질 등을 사용할 수 있다. 용제로는 톨루엔, 자일렌, 부탄올 등의 방향족계 또는 알코올계의 유기 용제를 사용할 수 있다. 또한 분산제나 레벨링제를 병용할 수도 있다.
이렇게 하여 형성된 세라믹스 그린 시트를, 필요에 따라서 소정의 치수로 절단하고, 층간 접속용의 비아홀 등을 형성한 후, 1 장 또는 복수 장 중첩시켜 가열 및 가압하여 일체화한 것을, 500 ℃ 이상 600 ℃ 이하의 온도에서 가열하고, 그린 시트에 함유되는 수지 등의 바인더를 분해·제거하는 탈지를 실시한다. 그 후, 추가로 1000 ∼ 2200 ℃ 정도의 온도에서 가열하여 세라믹스 조성물을 소성하여 세라믹스 기판으로 한다.
이어서, 이렇게 하여 얻어진 세라믹스 기판 상에, 상기 은 페이스트를 스크린 인쇄 등에 의하여 인쇄하여 미소성의 은반사층을 형성한다. 또, 필요에 따라서, 상기 은 페이스트 등을 이용하여 미소성의 배선 도체층이나 미소성의 접속 비아, 서멀 비아 등을 형성한다. 추가로, 미소성의 은반사층 등의 위에, 상기한 유리 페이스트를 스크린 인쇄 등에 의하여 인쇄하여 미소성의 유리질 절연층을 형성한다.
그 후, 미소성의 은반사층 및 미소성의 유리질 절연층 등이 형성된 세라믹스 기판을 850 ∼ 900 ℃ 의 온도로 20 ∼ 60 분간 가열하고, 상기한 은 페이스트와 유리 페이스트를 동시에 소성하여, 은반사층 (2) 과 유리질 절연층 (3) 을 동시에 형성한다. 전형적인 소성 온도는 860 ∼ 880 ℃ 이다.
또한, 은반사층 (2) 과 유리질 절연층 (3) 을 따로따로 소성 (이하, 개별 소성이라고 하는 경우가 있다.) 에 의하여 형성할 수도 있다. 즉, 세라믹스 기판 상에 은 페이스트를 스크린 인쇄 등에 의하여 인쇄한 후, 은 페이스트를 소성하여 은반사층 (2) 을 형성한다. 이어서, 형성된 은반사층 (2) 상에 추가로 유리 페이스트를 인쇄하고, 이 유리 페이스트를 소성하여 유리질 절연층 (3) 을 형성한다. 이렇게 하여, 기판 본체 (1) 인 세라믹스 기판 상에 은반사층 (2) 이 형성되고, 그 위에 유리질 절연층 (3) 이 피복된 발광 소자 탑재용 기판 (10) 이 얻어진다.
이상에서, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판 (1) 에 대하여 설명했으나, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한도에서, 또 필요에 따라서 그 구성을 적절히 변경할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 발광 장치에 대하여 설명한다. 발광 장치 (20) 는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자 탑재용 기판 (10) 상에 LED 소자 등의 발광 소자 (4) 가 탑재된 구조를 갖는다. 발광 소자 탑재용 기판 (10) 에 있어서, 기판 본체 (1) 의 탑재면 (1a) 에는, 은반사층 (2) 과 함께 은을 주체로 하는 배선 도체층 (은도체층 (2a)) 이 형성되어 있고, 은도체층 (2a) 의 일부는 발광 소자 (4) 의 접속 단자부 (5) 로 되어 있다. 그리고, 이 접속 단자부 (5) 를 제외한 영역이 유리질 절연층 (3) 에 의하여 덮여 있다.
발광 소자 (4) 는, 은반사층 (2) 상에 형성된 유리질 절연층 (3) 상에, 에폭시 수지나 실리콘 수지 등을 이용하여 접착 (다이 본드) 되어 있고, 발광 소자 (4) 상면의 전극 (도시 생략) 이 철선 등의 본딩 와이어 (7) 을 개재하여 상기 접속 단자부 (5) 에 전기적으로 접속되어 있다. 발광 소자 (4) 의 실장은, 발광 소자 (4) 의 이면에 형성된 땜납 범프, Au 범프, Au-Sn 공정 (共晶) 범프 등의 범프 전극을, 기판 본체 (1) 의 리드 단자나 패드부에 플립 칩 접속하는 방법등에 의하여 실시할 수도 있다.
그리고, 발광 소자 (4) 나 본딩 와이어 (7) 를 덮도록, 형광체층 (8) 이 형성되어 있다. 형광체층 (8) 은, 실리콘 수지 또는 에폭시 수지와 같은 투명 수지 중에 형광체를 혼합·분산시킨 것이다. 형광체는 발광 소자 (4) 로부터 방사된 광에 의하여 여기되어 가시광을 발광하고, 이 가시광과 발광 소자 (4) 로부터 방사되는 광의 혼합색에 의하여, 혹은 형광체로부터 발광되는 가시광 또는 가시광 자체의 혼합색에 의하여, 발광 장치 (20) 로서 원하는 발광색을 얻는 것이다. 형광체의 종류는 특별히 한정되지 않고, 목적으로 하는 발광색이나 발광 소자 (4) 로부터 방사되는 광 등에 의해서 적절히 선택된다.
또, 발광 소자 (4) 를 직접 덮도록 투명 수지 등으로 이루어지는 피복층을 형성하고, 그 피복층 상에 형광체층 (8) 을 형성할 수도 있다. 즉, 형광체층 (8) 은, 발광 장치 (20) 의 발광 소자 (4) 가 형성된 측의 최상층에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 이 발광 장치 (20) 에 있어서는, 기판 본체 (1) 의 탑재면 (1a) 과 반대측의 비탑재면 (1b) 에, 외부 회로와 전기적으로 접속되는 외부 전극 단자 (9) 가, 예를 들어 상기 은도체층 (2a) 과 마찬가지로, 은 페이스트의 인쇄·소성에 의하여 형성되어 있다. 그리고, 이 외부 전극 단자 (8) 과 상기 발광 소자의 접속 단자부 (5) 를 전기적으로 접속하는 접속 비아 (11) 가, 기판 본체 (1) 를 관통하여 그 내부에 형성되어 있다. 또, 기판 본체 (1) 의 내부에는, 열저항을 저감하기 위한 서멀 비아 (12) 가 매설되어 있다. 서멀 비아 (12) 는, 상기 발광 소자 탑재 기판 (10) 의 제조 방법에서 기재한 것처럼, 예를 들어 은 페이스트의 인쇄·소성에 의하여 형성되고, 발광 소자 탑재부의 바로 아래에 복수 형성되어 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 발광 장치 (20) 에 의하면, 은반사층 (2) 의 반사율이 저하되기 어렵기 때문에, 장기간 발광 효율을 유지할 수 있다.
[실시예]
이하에서, 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
예 1 ∼ 예 59 에 있어서, 유리질 절연층을 형성하기 위한 유리를 조제하였다. 즉, SiO2, B2O3, ZnO, Al2O3, MgO, CaO, SrO, BaO, R2O (Li2O, Na2O, K2O), TiO2 및 ZrO2 의 각 성분이, 표 1 ∼ 표 7 에 나타내는 조성 (몰%) 이 되도록, 유리 원료를 조합, 혼합하고, 이 원료 혼합물을 백금 도가니에 넣어 1500 ∼ 1600 ℃ 에서 60 분간 용융시킨 후, 용융 상태의 유리를 흘려내어 냉각시켰다. 얻어진 유리를, 알루미나제의 볼 밀로 물을 용매로 하여 20 ∼ 60 시간 분쇄하여 유리 분말을 얻었다.
얻어진 유리 분말의 평균 입경 (D50) 을, 시마즈 제작소사 제조의 SALD2100 을 이용하여 측정한 결과, 모두 D50 = 1 ∼ 3 ㎛ 의 범위 내였다 또, 각 유리 분말의 연화점 Ts (단위 ： ℃ ) 를, 브루카 AXS 사 제조의 열분석 장치 TG-DTA2000 을 이용하여 승온 속도 10 ℃／분의 조건에서 1000 ℃ 까지 측정하였다. 측정 결과를 표 1 ∼ 표 7 에 나타낸다. 또한, 예 1 ∼ 예 59 의 어떠한 유리도 Ts 측정시에 결정 피크는 확인되지 않았다.
예 1 ∼ 예 26 및 예 36 ∼ 예 51 에 나타내는 조성의 유리는, 적어도 SiO2, Al2O3 과 B2O3 의 적어도 일방, 및 R2O 를 함유하고, (R2O - Al2O3) 이 -20 ∼ 1.5 % 이고 (SiO2 ＋ 3 × Al2O3) 90 % 이하인 본 발명의 유리이고, 예 27 ∼ 예 35 및 예 52 ∼ 예 59 에 나타내는 조성의 유리는, 상기 범위에서 벗어난 조성을 갖는 비교예의 유리이다.
예 1 ∼ 예 35 에 대해서는 표 1 ∼ 표 4 에 나타내는 조성의 유리 분말만을 사용하고, 예 36 ∼ 예 59 에 대해서는 표 5 ∼ 표 7 에 나타내는 조성의 유리 분말에 알루미나 분말 (스미토모 화학 제조 AA-2) 을 동 표에 나타내는 조성 (체적%)) 으로 배합한 혼합 분말을 사용하였다. 그리고, 상기 유리 분말 또는 혼합 분말을 질량% 표시로 70 %, 수지를 용제에 용융시킨 비히클 성분을 30 % 로 한 것에 대하여, 자기 유발 중에서 1 시간 혼련을 실시하고, 또한 3 개 롤에서 3 회 분산을 실시하여 유리 페이스트 (G-1 ∼ G-59) 를 제작하였다.
또, 도전성 은분말 (다이켄 화학 공업사 제조 S400-2) 및 에틸셀룰로오스를 질량비 85 ： 15의 비율로 조합하고, 고형분의 질량% 표시 농도를 85 % 로 하여 용제 (α테레피네올) 에 분산시킨 후, 자기 유발 중에서 1 시간 혼련을 실시하고, 추가로 3개의 롤에 의하여 3 회 분산을 실시하여 은 페이스트 (S) 를 제작하였다.
다음으로, LTCC 기판을 본체로 하고, 그 위에 은반사층과 유리질 절연층이 순서에 따라서 형성된 발광 소자 탑재용 기판을 제조하였다. 먼저, 이하에 나타내는 바와 같이 하여 유리 세라믹스 그린 시트를 제작하였다. 즉, 몰% 표시로 SiO2 가 60.4 %, B2O3 이 15.6 %, Al2O3 이 6 %, CaO 가 15 %, K2O 가 1 %, Na2O 가 2 % 가 되도록 원료를 배합, 혼합하고, 이 원료 혼합물을 백금 도가니에 넣어 1600 ℃ 에서 60 분간 용융시킨 후, 이 용융 상태의 유리를 흘려내어 냉각시켰다. 이 유리를 알루미나제 볼 밀에 의하여 40 시간 분쇄하여 본체용 유리 분말을 제조하였다. 또한, 분쇄시의 용매에는 에틸알코올을 사용하였다.
이 본체용 유리 분말이 40 질량%, 알루미나 분말 (쇼와 전공사 제조, 상품명 ： AL-45H) 이 60 질량% 가 되도록 배합하고, 혼합함으로써 유리 세라믹스 조성물을 제조하였다. 이 유리 세라믹스 조성물 50 g 에, 유기 용제 (톨루엔, 자일렌, 2-프로판올, 2-부탄올을 질량비 4 ： 2 ： 2 ： 1 로 혼합한 것) 15 g, 가소제 (프탈산디-2-에틸헥실) 2.5 g, 바인더로서의 폴리비닐부티랄 (덴카사 제조, 상품명 ： PVK＃3000K) 5 g, 추가로 분산제 (빅크케미사 제조, 상품명 ： BYK180) 를 배합하고 혼합하여 슬러리를 조제하였다.
이 슬러리를 PET 필름 상에 닥터 블레이드법에 의하여 도포하고 건조시켜, 소성 후의 두께가 150 ㎛ 가 되는 유리 세라믹스 그린 시트를 제작하였다.
이렇게 하여 얻어진 유리 세라믹스 그린 시트 상에 상기 은 페이스트 (S) 를 인쇄하여 건조시킨 후, 그 위에 유리 페이스트 (G-1 ∼ G-59) 를 인쇄하고, 이것을 550 ℃ 에서 5 시간 유지하여 수지 성분을 분해 제거한 후, 870 ℃ 에서 30 분간 유지함으로써 소성을 실시하였다. 또, 예 1, 예 3, 예 5, 예 9, 예 12, 예 17, 예 18, 예 19 ∼ 예 34, 및 예 37 ∼ 예 59 에 조성을 나타내는 유리를 사용한 것에 대해서는, 840 ℃ 및 900 ℃ 의 각 온도에서도 소성을 실시하였다. 이렇게 하여, LTCC 기판을 본체로 하고, 은반사층 상에 유리질 절연층이 형성된 발광 소자 탑재용 기판을 얻었다.
다음으로, 예 1, 예 3, 예 5, 예 9, 예 12, 예 17, 예 18, 예 19 ∼ 예 34, 및 예 37 ∼ 예 59 에 조성을 나타내는 유리를 사용하여, 알루미나 기판을 본체로 하는 발광 소자 탑재용 기판을, 은 페이스트층과 유리 페이스트층을 동시에 소성하는 방법 (동시 소성법) 에 의하여 제조하였다. 또, 은 페이스트층과 유리 페이스트층을 따로따로 소성하는 방법 (개별 소성법) 에 의하여 제조하였다.
알루미나 기판 (호쿠리쿠 세라믹스사 제조의 96 % 알루미나 기판) 상에, 상기 은 페이스트 (S) 를 인쇄하여 건조시킨 후, 그 위에 유리 페이스트 (G-1 ∼ G-59) 를 인쇄하여 840 ℃, 870 ℃ 및 900 ℃ 의 각 온도에서 30 분간 유지함으로써 소성을 실시하였다. 이렇게 하여, 알루미나 기판을 본체로 하고, 은반사층 상에 유리질 절연층이 동시 소성법에 의하여 형성된 발광 소자 탑재용 기판을 얻었다.
또, 상기 알루미나 기판 상에 상기 은 페이스트 (S) 를 인쇄하여 건조시킨 후, 840 ℃, 870 ℃ 및 900 ℃ 의 각 온도에서 30 분간 유지함으로써, 은 페이스트층의 소성을 실시하였다. 이어서, 이렇게 하여 형성된 은층 (반사층) 상에 유리 페이스트 (G-1 ∼ G-59) 를 인쇄하여 840 ℃, 870 ℃ 및 900 ℃ 의 각 온도에서 30 분간 유지함으로써, 유리 페이스트층의 소성을 실시하였다. 이렇게 하여, 은 페이스트층과 유리 페이스트층을 따로따로 소성하고 형성하였다.
다음으로, 상기에서 얻어진 LTCC 기판을 본체로 하는 발광 소자 탑재용 기판, 알루미나 기판을 본체로 하여 은 페이스트층과 유리 페이스트층을 동시에 소성하는 방법, 및 개별적으로 소성하는 방법에 의하여 각각 얻어진 발광 소자 탑재용 기판에 있어서 표면의 반사율을 각각 측정하였다. 반사율은 오션 옵틱스사의 분광기 USB2000 와 소형 적분구 ISP-RF 를 이용하여 측정하고, 가시광역의 400 ∼ 800 nm 의 평균치를 반사율 (단위 ： ％) 로서 산출하였다. 또, 예 1 ∼ 예 20 및 예 31 ∼ 예 36 에 대해서는, 유리질 절연층의 표면 조도를 사프콤 1400D (기종명, 토쿄 정밀사 제조) 에 의하여 측정하였다. 측정 결과를 표 1 ∼ 표 7 에 나타낸다. 또한, 표 중의 「-」은, 표면 조도나 반사율이 미측정인 것을 나타낸다.
발광 소자 탑재용 기판의 반사율에 대해서는, 유리질 절연층이 없는 은반사층 표면의 반사율이 95 % 인 점에서, 가능한 한 그것에 가까운 반사율이 바람직하다. 실 (實) 패키지에 발광 소자를 탑재하여 광량을 측정한 결과와, 본 수법에 의한 측정의 반사율의 상관에서 고려했을 때, 실시예에서 측정된 반사율이 85 % 이하에서는, 효율적으로 발광 소자로부터의 광을 반사할 수 없기 때문에 유리질 절연층으로는 바람직하지 않은 것으로 생각할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명의 발광 소자 탑재용 기판 및 이것을 사용한 발광 장치는, 예를 들어 휴대전화나 대형 액정 디스플레이 등의 백라이트에 이용할 수 있다.
1 … 기판 본체
2 … 은반사층
3 … 유리질 절연층
4 … 발광 소자
5 … 접속 단자부
7 … 본딩 와이어
8 … 형광체층
9 … 외부 전극 단자
10 … 발광 소자 탑재용 기판
11 … 접속 비아
12 … 서멀 비아
20 … 발광 장치
2 … 은반사층
3 … 유리질 절연층
4 … 발광 소자
5 … 접속 단자부
7 … 본딩 와이어
8 … 형광체층
9 … 외부 전극 단자
10 … 발광 소자 탑재용 기판
11 … 접속 비아
12 … 서멀 비아
20 … 발광 장치
Claims (8)
- 발광 소자가 탑재되는 탑재면을 갖는 기판 본체와, 이 기판 본체의 탑재면의 일부에 형성되고, 상기 발광 소자로부터 발해지는 광을 반사시키는 은을 함유하는 반사층과, 이 반사층 상에 형성된 유리질 절연층을 갖고, 상기 유리질 절연층은, 적어도 SiO2 와, Al2O3 과 B2O3 의 적어도 일방, 및 알칼리 금속 산화물 (Li2O, Na2O 및 K2O 에서 선택되는 적어도 1 종을 함유한다) 을 구성 성분으로 하는 유리를 함유하는 것으로서, 상기 성분의 산화물 기준인 몰% 표시에 의한 함유량으로 (Li2O ＋ Na2O ＋ K2O) - Al2O3 이 -20 ∼ 1.5 % 이고, 또한 SiO2 ＋ 3 × Al2O3 이 90 % 이하인 것을 특징으로 하는 발광 소자 탑재용 기판.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유리가, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 85 %, Al2O3 을 0 ∼ 20 %, B2O3 을 0 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 5 초과 ∼ 40 % 이고, CaO 를 0 ∼ 40 %, SrO 를 0 ∼ 14 %, BaO 를 0 ∼ 7 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하는 것인 발광 소자 탑재용 기판. - 제 1 항에 있어서,
상기 유리가, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 85 %, Al2O3 을 5 초과 ∼ 20 %, B2O3 을 0 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 0 ∼ 5 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하는 것인 발광 소자 탑재용 기판. - 제 1 항에 있어서,
상기 유리가, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 35 ∼ 70 %, Al2O3 을 1 ∼ 15 %, B2O3 을 7 ∼ 25 %, CaO, SrO 및 BaO 의 적어도 1 종을 0 ∼ 30 %, Li2O, Na2O 및 K2O 의 적어도 1 종을 1 초과 ∼ 7 % 함유하는 것인 발광 소자 탑재용 기판. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리질 절연층이 상기 유리 이외에 세라믹스 필러를 함유하는 발광 소자 탑재용 기판. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 본체 상에 상기 발광 소자용의 접속 단자부가 형성되고, 이 접속 단자부를 제외한 영역에 상기 유리질 절연층이 형성되어 있는 발광 소자 탑재용 기판. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 본체가 오목부를 갖고, 이 오목부의 바닥면을 상기 발광 소자 탑재면으로 하는 발광 소자 탑재용 기판. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자 탑재용 기판과, 그 발광 소자 탑재용 기판의 상기 유리질 절연층 상에 탑재된 발광 소자와, 그 발광 소자를 피복하는 형광체층을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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