KR20110109795A - 발광 소자용 기판 및 발광 장치 - Google Patents

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가츠요시 나카야마
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 간편한 구조이면서, 발광 소자를 탑재했을 때에 높은 광 취출 효율이 얻어지는 발광 소자용 기판을 제공한다.
(해결 수단) 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 1 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 대략 평판 형상의 기체와, 상기 기체의 상측 주면에 접합된 프레임체를 갖고, 상기 기체의 상측 주면을 바닥면으로 하고 상기 프레임체의 내벽면을 측면으로 하여 형성되는 오목부의 바닥면에 발광 소자의 탑재부를 갖는 발광 소자용 기판으로서, 상기 프레임체가, 확산 반사성을 갖는, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 2 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 기판.

Description

발광 소자용 기판 및 발광 장치{SUBSTRATE FOR LIGHT EMITTING ELEMENT AND LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 소자용 기판 및 이것을 사용한 발광 장치에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드 소자의 고휘도, 백색화에 수반하여 휴대 전화나 대형 액정 TV 의 백라이트 등에 발광 다이오드 소자를 사용한 발광 장치가 사용되고 있다. 그러나, 발광 다이오드 소자의 고휘도화에 수반하여 발열량이 증가하고, 그 온도가 과도하게 상승하기 때문에, 반드시 충분한 발광 휘도를 얻을 수 없게 되어 있다. 이 때문에 발광 다이오드 소자 등의 발광 소자를 탑재하기 위한 발광 소자용 기판으로서, 발광 소자로부터 발생되는 열을 신속하게 방산할 수 있고, 충분한 발광 휘도를 얻어지는 것이 요청되고 있다.
종래, 발광 소자용 기판으로서, 예를 들어 알루미나 기판이 사용되고 있다. 또, 알루미나 기판의 열전도율이 약 15 ∼ 20 W/m·K 로 그다지 높지 않은 점에서, 보다 높은 열전도율을 갖는 질화 알루미늄 기판을 사용하는 것도 검토되고 있다.
그러나, 질화 알루미늄 기판은 원료 비용이 높고, 또 난(難)소결성인 점에서 고온 소성을 필요로 하고, 프로세스 비용이 높아지기 쉽다. 또한, 질화 알루미늄 기판의 열팽창 계수는 4 × 10-6 ∼ 5 × 10-6/℃ 로 작고, 범용품인 9 × 10-6/℃ 이상의 열팽창 계수를 갖는 프린트 기판에 실장할 경우, 열팽창차에 의하여 그다지 충분한 접속 신뢰성을 얻을 수 없다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 발광 소자용 기판으로서 저온 동시 소성 세라믹스 기판 (이하, LTCC 기판이라고 한다) 을 사용하는 것이 검토되고 있다. LTCC 기판은 예를 들어 유리와 알루미나 필러로 이루어지는 것으로서, 이것들의 굴절률차가 크고, 또 이것들의 계면이 많으며, 그 두께가 이용하는 파장보다 큰 점에서 높은 반사율을 얻을 수 있다. 이로써, 발광 소자로부터의 광을 효율적으로 이용하여, 결과적으로 발열량을 저감할 수 있다. 또, 광원에 의한 열화가 적은 무기 산화물로 이루어지기 때문에, 장기간에 걸친 안정적인 색조를 유지할 수 있다.
LTCC 기판은 발광 소자용 기판으로서, 상기와 같이 높은 반사율을 갖는 것을 하나의 특징으로 하는데, 추가로 발광 소자가 발광하는 광을 가능한 한 전방으로 반사시키는 것을 목적으로 하여 LTCC 기판의 표면에 은반사막을 실시하고, 이 은반사막의 표면에 산화나 황화를 방지하기 위한 오버 코트 유리를 형성하는 등의 시도가 이루어지게 되었다. 또, 발광 소자용 기판의 형태로서 캐비티를 갖고, 그 캐비티의 바닥면에 발광 소자를 탑재하는 형태가 있는데, 이와 같은 발광 소자용 기판에 있어서는, 더욱 효율적으로 광을 취출하기 위하여, 상기 은반사막과 오버 코트 유리의 구성을 캐비티의 바닥면에 추가하여 측면에도 실시하고 있는 것이 많다. 또, 그 경우, 통상은 반사막의 반사 특성을 고려하여 캐비티의 벽은 상부로 테이퍼 형상으로 넓어지는 구성으로 되어 있다.
그러나, 세라믹스 기판에 있어서, 반사막이 충분히 기능하는 테이퍼 형상 측면을 갖는 캐비티를 형성시키는 것에는 곤란함이 따르기 때문에, 이를 대신하는 것으로서, 예를 들어 특허문헌 1 에서는 캐비티 측면을 계단 형상으로 형성하고, 바람직하게는 계단 표면에 금속층을 형성한 세라믹스제의 발광 소자 수납용 패키지의 기술이 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 1 의 기술에서는, 구조가 복잡해져 제조 공정이 증가하는 등의 문제가 있어, 간편한 구조이고 광 취출 효율이 좋은 발광 소자용 LTCC 기판의 구성이 요청되었다.
또, 상기 캐비티 내에 복수의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에서는, 어느 발광 소자가 방사하는 광이 인접하는 발광 소자에 입사됨으로써 광 취출 효율이 저하되는 문제가 있고, 이를 해결하기 위하여, 예를 들어 특허문헌 2 에서는 플라스틱 등의 오목 형상의 용기에 발광 소자의 탑재부를 갖는 반사기에 있어서 발광 소자 사이에 격벽, 바람직하게는 V 자형 단면을 갖는 격벽을 형성하여, 발광 소자가 방사하는 광을 다른 발광 소자가 흡수하는 것을 방지함으로써 광 취출 효율을 높이는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, LTCC 기판에 V 자형 단면을 갖는 격벽을 형성하고자 할 때에는 상기 테이퍼 형상 측면의 형성과 동일한 문제가 발생한다.
일본 공개특허공보 2006-303351호 일본 공표특허공보 2004-517465호
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 간편한 구조이면서, 발광 소자를 탑재했을 때에 높은 광 취출 효율이 얻어지는 발광 소자용 기판의 제공을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 상기 발광 소자용 기판을 사용한 고발광 휘도의 발광 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 발광 소자용 기판은, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 1 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 대략 평판 형상의 기체 (基體) 와, 상기 기체의 상측 주면 (主面) 에 접합된 프레임체를 갖고, 상기 기체의 상측 주면의 일부를 바닥면으로 하고 상기 프레임체의 내벽면을 측면으로 하여 형성되는 오목부의 바닥면에 발광 소자의 탑재부를 갖는 발광 소자용 기판으로서, 상기 프레임체가, 확산 반사성을 갖는, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 2 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 소자용 기판에 있어서의 상기 오목부의 측면은, 그 오목부의 바닥면에 대하여 대략 수직으로 형성되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 발광 소자용 기판은, 상기 프레임체에 더하여, 추가로 상기 기체가, 확산 반사성을 갖는, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 2 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 확산 반사성을 갖는 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 2 유리 세라믹스 조성물의 소결체에 있어서의 세라믹스 필러로는, 알루미나 분말과 지르코니아 분말의 혼합물이 바람직하다.
본 발명의 발광 소자용 기판에 있어서는, 상기 프레임체는 상기 기체의 상측 주면에, 상기 오목부의 측면과 그 오목부 바닥면의 발광 소자 탑재부 단 (端) 가장자리 사이의 거리가 그 탑재부의 전체 둘레에 걸쳐 대략 등간격이 되도록 접합되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광 소자용 기판이 복수의 발광 소자를 탑재하기 위한 발광 소자용 기판인 경우에는, 상기 프레임체는, 탑재되는 발광 소자마다 독립된 상기 오목부를 형성하는 형상으로 설계되는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 상기 발광 소자의 탑재부 사이에 위치하는 상기 프레임체의 높이는, 발광 소자가 탑재되었을 때의 발광 소자의 최고부와 동일한 높이 이상으로서, 그 높이에 50 ㎛ 를 더한 높이 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 발광 장치는, 상기 본 발명의 발광 소자용 기판과, 상기 발광 소자용 기판에 탑재되는 발광 소자를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 소자용 기판에 의하면, 간편한 구조이면서, 탑재되는 발광 소자로부터 광 취출 방향 이외로 방사되는 광을 기판 표면에서 광 취출 방향으로 효율적으로 반사시킬 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 이와 같은 발광 소자용 기판에 발광 소자를 탑재함으로써, 충분한 발광 휘도가 얻어지는 발광 장치로 할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 발광 소자용 기판의 제 1 실시형태의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 발광 소자용 기판의 제 1 실시형태의 다른 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 발광 소자용 기판을 사용한 본 발명의 발광 장치의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 4 는 도 2 에 나타내는 발광 소자용 기판의 제조 공정의 일부 ((A) 공정) 를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는 도 2 에 나타내는 발광 소자용 기판의 제조 공정의 일부 ((B) 공정, (C) 공정) 를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 발광 소자용 기판의 제 2 실시형태의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 7 은 도 6 에 나타내는 발광 소자용 기판을 사용한 본 발명의 발광 장치의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 8 은 도 6 에 나타내는 발광 소자용 기판의 제조 공정의 일부 ((A)' 공정) 를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9 는 도 6 에 나타내는 발광 소자용 기판의 제조 공정의 일부 ((B)' 공정, (C)' 공정) 를 모식적으로 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 형태
이하에서, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 본 발명은 하기 설명에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
본 발명의 발광 소자용 기판은, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 1 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 대략 평판 형상의 기체와, 상기 기체의 상측 주면에 접합된 프레임체를 갖고, 상기 기체의 상측 주면의 일부를 바닥면으로 하고 상기 프레임체의 내벽면을 측면으로 하여 형성되는 오목부의 바닥면에 발광 소자의 탑재부를 갖는 발광 소자용 기판으로서, 상기 프레임체가, 확산 반사성을 갖는, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 2 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발광 소자용 LTCC 기판을 오목부의 바닥면에 발광 소자를 탑재하도록 기체와 프레임체로 구성하고, 오목부의 측면을 형성하는 프레임체의 구성 재료로서, 확산 반사성을 갖는, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체 (LTCC) 를 사용함으로써, 발광 소자로부터 방사되어 오목부 측면으로 조사되는 광을 확산 반사에 의하여 효율적으로 광 취출 방향으로 유도할 수 있게 된다. 지금까지, 오목부의 바닥면에 발광 소자를 탑재하는 발광 소자용 기판에 있어서는, 오목부 측면을 개구부를 향하여 넓어지는 테이퍼 형상으로 가공하고, 추가로 측면에 은 등의 반사막을 배치 형성함으로써 광 취출 효율을 높였으나, 본 발명에 있어서는, 오목부의 측면을 형성하는 재료 자체에 확산 반사성을 갖는 LTCC 재료를 사용함으로써, 테이퍼 형상의 가공이나 은반사막 등을 배치 형성하지 않고, 발광 소자가 탑재되는 오목부 바닥면에 대하여 대략 수직인 벽을 형성하는 것만으로 광 취출 방향에 대한 충분한 광 반사를 가능하게 하고 있다. 이로써, 이 발광 소자용 기판에 발광 소자를 탑재하여 발광 장치로 했을 때, 충분한 발광 휘도를 얻을 수 있게 된다.
본 명세서에 있어서, 대략 수직이란, 육안으로 보았을 때 수직으로 느끼는 레벨을 말하고, 마찬가지로 대략을 붙인 표기는 특별히 언급하지 않는 한 육안으로 보았을 때 그렇게 느끼는 레벨을 말한다.
또, 본 발명에 의하면, 복수의 발광 소자를 탑재하는 발광 소자용 LTCC 기판에 있어서, 기체의 상측 주면의 일부를 바닥면으로 하고 프레임체의 내벽면을 측면으로 하는 오목부를, 각 발광 소자마다 독립적으로 형성하는 구성으로 하고, 오목부의 측면을 형성하는 프레임체에 확산 반사성을 갖는 LTCC 재료를 사용함으로써, 개개의 발광 소자로부터 방사되는 광에 대하여, 상기와 동일하게 광 취출 효율을 높이는 것을 가능하게 하고 있다. 이로써 발광 장치 전체로서의 발광 휘도의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명의 발광 소자용 기판에 있어서는, 상기 오목부의 바닥면을 확산 반사성을 갖는 LTCC 재료로 구성함으로써, 상기와 동일하게 은반사막 등을 배치 형성하지 않고 효율이 좋은 광 반사를 실시할 수 있게 된다. 그러나, 발광 소자용 LTCC 기판에는, 발광 장치의 설계에 의하여 방열층의 배치 형성이 필요해지는 경우가 있고, 은 등의 방열층을 오목부의 바닥면을 포함하는 기체 주면의 표면에 형성하는 경우가 있으나, 그 경우에는, 이것을 반사층으로도 이용할 수 있기 때문에, 반사성의 관점에서 말하면, 추가로 확산 반사성을 갖는 LTCC 재료로 바닥면을 구성하지 않아도 된다. 단, 프레임체를 구성하는 LTCC 재료와, 기체를 구성하는 LTCC 재료를 동일한 재료로 하면, 열수축률의 차이에 의한 변형을 방지할 수 있어 밀착성을 확보할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 이 경우에는, 요구 특성에 맞추어 기체에 사용하는 LTCC 재료를 프레임체와 동일한 확산 반사성을 갖는 것, 그 이외의 것과 적절히 선택하면 된다.
또, 방열층을 기체의 내부에 배치 형성하는 구성의 발광 소자용 기판에 있어서는, 적어도 상기 오목부의 바닥면을 형성하는 표층 부분에 확산 반사성을 갖는 LTCC 재료를 사용하는 것은, 광 취출 효율을 높이는 점에 있어서 매우 유효하다. 게다가 이 경우에 있어서도, 프레임체를 구성하는 LTCC 재료와, 기체를 구성하는 LTCC 재료를 동일한 재료로 함으로써, 열수축률의 차이에 의한 변형을 방지할 수 있고, 밀착성도 확보할 수 있는 이점도 있다.
본 발명의 발광 소자용 기판에 있어서, 발광 소자를 1 개 탑재하기 위한 본 발명의 제 1 실시형태 및, 발광 소자를 복수 개 탑재하기 위한 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 이하에서 설명한다.
<제 1 실시형태>
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태인 발광 소자를 1 개 탑재하기 위한 발광 소자용 기판 (1) 의 일례를 나타내는 평면도 (a), 및 그 X-X 선 단면도 (b) 이다.
발광 소자용 기판 (1) 은, 이것을 주로 구성하는 대략 평판 형상의 또한 위에서 본 형상이 대략 직사각형인 기체 (2) 를 갖는다. 기체 (2) 는 발광 소자용 기판으로 했을 때에 발광 소자를 탑재하는 상측의 면을 주면 (21) 으로서 갖고, 본 예에서는 그 반대측의 면을 이면 (23) 으로 한다. 발광 소자용 기판 (1) 은, 또한 기체 (2) 의 주면 (21) 중앙의 대략 직사각형 부분을 바닥면 (24) 으로 하는 오목부 (4) 를 구성하도록 기체 주면 (21) 의 주연부 (周緣部) 에 접합된 프레임체 (3) 를 갖는다. 또한, 이 오목부 (4) 의 측면 (25) 은 프레임체 (3) 의 내측의 벽면으로 구성되어 있다. 발광 소자용 기판 (1) 에서는, 오목부 바닥면 (24) 의 대략 중앙부가, 발광 소자가 탑재되는 탑재부 (22) 로 되어 있다.
여기서, 오목부 (4) 의 측면 (25) 은, 그 바닥면 (24) 에 대하여 대략 수직으로 형성되어 있다. 요컨대 프레임체 (3) 는, 상하로 개구부가 같은 형상이 되도록 성형되어 기체 주면 (21) 의 주연부에 접합되어 있다. 또, 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서, 발광 소자의 탑재부 (22) 는 오목부 바닥면 (24) 의 대략 중앙부에 위치하지만, 프레임체 (3) 의 내벽면으로 구성되는 오목부 (4) 의 측면 (25) 과 발광 소자 탑재부 (22) 의 단 가장자리 사이의 거리는, 탑재부 (22) 의 전체 둘레에 걸쳐 대략 등간격인 것이 바람직하다. 또한, 대략 등간격이란, 구체적으로는 탑재부 (22) 의 전체 둘레에 걸치는, 오목부 (4) 의 측면 (25) 과 그 오목부 바닥면 (24) 에 있어서의 발광 소자 탑재부 (22) 의 단 가장자리 사이의 거리 중에서 최대값을 L2 (도 1(a) 에 있어서 L2 로 나타낸다) 로 하고, 최소값을 L1 (도 1(a) 에 있어서 L1 로 나타낸다) 로 했을 때의, L2/L1 로 표시되는 값이 2 이하인 것을 말한다. 본 발명의 발광 소자용 기판에 있어서는 이 L2/L1 로 표시되는 값이 1.5 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.0 인 것이 가장 바람직하다.
상기 오목부 (4) 의 측면 (25) 과 발광 소자 탑재부 (22) 의 단 가장자리 사이의 거리에 대한 구체적인 수치는, 탑재되는 발광 소자의 출력이나, 크기 (사이즈), 또한 필요에 따라서, 예를 들어, 후술하는 봉지층에 함유시키거나 하여 사용하는 형광체의 종류나 그 함유량, 변환 효율 등에 따라서 상이하기도 하지만, 예를 들어 발광 소자가 발광하는 광이 가장 효율적으로 광 취출 방향으로 발광되는 거리를 지표로 하여 사용할 수도 있다. 또, 보다 구체적으로는, 출력 0.15 W 의 발광 소자를 35 ㎃ 로 사용한 경우에는, 상기 거리는 대체로 100 ∼ 1200 ㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 최대값 L2 와 최소값 L1 에 대해서는 상기 관계를 유지하면서, L2 및 L1 이 함께 이 거리의 바람직한 범위에 들어가도록 프레임체 (3) 를 형성하는 것이 바람직하다.
또, 상기 오목부 (4) 의 측면 (25) 의 높이, 즉 오목부 (4) 의 바닥면 (24) 으로부터 프레임체 (3) 의 최고위까지의 거리 (프레임체 (3) 의 높이) 는, 탑재되는 발광 소자로부터의 광을 광 취출 방향으로 충분히 반사할 수 있는 높이이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 발광 장치의 설계, 예를 들어 탑재되는 발광 소자의 출력이나, 상기 발광 소자 탑재부의 단 가장자리로부터의 거리 등에 따라 상이하기도 하지만, 발광 장치를 탑재하는 제품의 형상이나 파장 변환을 위한 형광체를 함유한 봉지재를 효율적으로 충전하는 등의 관점에서, 발광 소자가 탑재되었을 때의 발광 소자의 최고부의 높이보다 100 ∼ 500 ㎛ 높게 하는 것이 바람직하다. 또한, 프레임체 (3) 의 높이는 발광 소자의 최고부의 높이에 450 ㎛ 를 더한 높이 이하인 것이 보다 바람직하고, 400 ㎛ 를 더한 높이 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또, 복수의 발광 소자 탑재용의 발광 소자용 기판의 경우, 상기에 부가하여 발광 소자의 탑재부 사이에 위치하는 프레임체의 높이를, 발광 소자의 최고부와 동일한 높이 이상이고, 그 높이에 50 ㎛ 를 더한 높이 이하로 하면 더욱 바람직하다.
본 예에 있어서 기체 (2) 및 프레임체 (3) 는, 모두 확산 반사성을 갖는 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체 (LTCC) 로 구성된다. 본 예의 발광 소자 탑재 기판에 있어서는, 상기 구조의 기체 (2) 및 프레임체 (3) 를, 확산 반사성을 갖는 LTCC 로 구성함으로써, 발광 소자를 탑재했을 때에, 발광 소자의 방사하는 광을, 오목부 (4) 의 바닥면 (24) 및 측면 (25) 이 충분히 광 취출 방향으로 반사하는, 고휘도의 발광 장치로 할 수 있다.
본 발명의 발광 소자용 기판에 사용하는 확산 반사성을 갖는 LTCC 로는, 이것을 기판 재료로서 사용한 발광 장치에 있어서 광 취출 효율의 향상을 볼 수 있는 것, 바람직하게는 은반사막에 상당하는 광 취출 효율을 볼 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 확산 반사성을 평가하는 지표로서 JIS K 7105 에 의하여 측정되는 헤이즈값을 사용한 경우에, 그 값이 95 % 이상인 것이 바람직하고, 98 % 이상인 것이 보다 바람직하다.
이와 같은, 확산 반사성을 갖는 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로는, 예를 들어 이하의 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물에 바인더, 필요에 따라서 가소제, 분산제, 용제 등을 첨가하여 슬러리를 조제하고, 이것을 독터 블레이드법 등에 의하여 소정 형상의 시트 형상으로 성형하여 건조시키고, 필요에 따라서 탈지를 실시하여 800 ℃ 이상 930 ℃ 이하에서 소성하여 얻어지는 소결체를 들 수 있다.
(유리 세라믹스 조성물)
유리 분말은 반드시 한정되지는 않으나, 유리 전이점 (Tg) 이 550 ℃ 이상 700 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 유리 전이점 (Tg) 이 550 ℃ 미만인 경우에 탈지가 곤란해질 우려가 있고, 700 ℃ 를 초과하는 경우에 수축 개시 온도가 높아져 치수 정밀도가 저하될 우려가 있다.
또, 800 ℃ 이상 930 ℃ 이하에서 소성했을 때에 결정이 석출하는 것이 바람직하다. 결정이 석출되지 않는 경우, 충분한 기계적 강도를 얻을 수 없을 우려가 있다. 또한 DTA (시차 열 분석) 에 의하여 측정되는 결정화 피크 온도 (Tc) 가 880 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 결정화 피크 온도 (Tc) 가 880 ℃ 를 초과하는 경우, 치수 정밀도가 저하될 우려가 있다.
이와 같은 유리 분말로는, 예를 들어 SiO2 를 57 ㏖% 이상 65 ㏖% 이하, B2O3 을 13 ㏖% 이상 18 ㏖% 이하, CaO 를 9 ㏖% 이상 23 ㏖% 이하, Al2O3 을 3 ㏖% 이상 8 ㏖% 이하, K2O 및 Na2O 로부터 선택되는 적어도 일방을 합계로 0.5 ㏖% 이상 6 ㏖% 이하 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같은 것을 사용함으로써 얻어지는 소결체 표면의 평탄도를 향상시키는 것이 용이해진다.
여기서, SiO2 는 유리의 네트워크 포머가 된다. SiO2 의 함유량이 57 ㏖% 미만인 경우, 안정된 유리를 얻기가 어렵고, 또 화학적 내구성도 저하될 우려가 있다. 한편, SiO2 의 함유량이 65 ㏖% 를 초과하는 경우, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 이 과도하게 높아질 우려가 있다. SiO2 의 함유량은 바람직하게는 58 ㏖% 이상, 보다 바람직하게는 59 ㏖% 이상, 특히 바람직하게는 60 ㏖% 이상이다. 또, SiO2 의 함유량은 바람직하게는 64 ㏖% 이하, 보다 바람직하게는 63 ㏖% 이하이다.
B2O3 은 유리의 네트워크 포머가 된다. B2O3 의 함유량이 13 ㏖% 미만인 경우, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 이 과도하게 높아질 우려가 있다. 한편, B2O3 의 함유량이 18 ㏖% 를 초과하는 경우, 안정된 유리를 얻기가 어렵고, 또 화학적 내구성도 저하될 우려가 있다. B2O3 의 함유량은 바람직하게는 14 ㏖% 이상, 보다 바람직하게는 15 ㏖% 이상이다. 또, B2O3 의 함유량은 바람직하게는 17 ㏖% 이하, 보다 바람직하게는 16 ㏖% 이하이다.
Al2O3 은 유리의 안정성, 화학적 내구성, 및 강도를 높이기 위하여 첨가된다. Al2O3 의 함유량이 3 ㏖% 미만인 경우, 유리가 불안정해질 우려가 있다. 한편, Al2O3 의 함유량이 8 ㏖% 를 초과하는 경우, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 이 과도하게 높아질 우려가 있다. Al2O3 의 함유량은 바람직하게는 4 ㏖% 이상, 보다 바람직하게는 5 ㏖% 이상이다. 또, Al2O3 의 함유량은 바람직하게는 7 ㏖% 이하, 보다 바람직하게는 6 ㏖% 이하이다.
CaO 는 유리의 안정성이나 결정의 석출성을 높임과 함께, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 을 저하시키기 위해서 첨가된다. CaO 의 함유량이 9 ㏖% 미만인 경우, 유리 용융 온도가 과도하게 높아질 우려가 있다. 한편, CaO 의 함유량이 23 ㏖% 를 초과하는 경우, 유리가 불안정해질 우려가 있다. CaO 의 함유량은, 바람직하게는 12 ㏖% 이상, 보다 바람직하게는 13 ㏖% 이상, 특히 바람직하게는 14 ㏖% 이상이다. 또, CaO 의 함유량은 바람직하게는 22 ㏖% 이하, 보다 바람직하게는 21 ㏖% 이하, 특히 바람직하게는 20 ㏖% 이하이다.
K2O, Na2O 는 유리 전이점 (Tg) 을 저하시키기 위해서 첨가된다. K2O 및 Na2O 를 합계한 함유량이 0.5 ㏖% 미만인 경우, 유리 용융 온도나 유리 전이점 (Tg) 이 과도하게 높아질 우려가 있다. 한편, K2O 및 Na2O 를 합계한 함유량이 6 ㏖% 를 초과하는 경우, 화학적 내구성, 특히 내산성이 저하될 우려가 있고, 전기적 절연성도 저하될 우려가 있다. K2O 및 Na2O 의 합계한 함유량은 0.8 ㏖% 이상 5 ㏖% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 유리 분말은, 반드시 상기 성분만으로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 유리 전이점 (Tg) 등의 제특성을 만족하는 범위에서 다른 성분을 함유할 수 있다. 다른 성분을 함유하는 경우, 그 합계한 함유량은 10 ㏖% 이하인 것이 바람직하다.
유리 분말은, 상기한 바와 동일한 유리 조성을 갖는 유리를 용융법에 의하여 제조하고, 건식 분쇄법이나 습식 분쇄법으로 분쇄함으로써 얻을 수 있다. 습식 분쇄법의 경우, 용매로서 물을 사용하는 것이 바람직하다. 분쇄는 예를 들어 롤 밀, 볼 밀, 제트 밀 등의 분쇄기를 사용하여 실시할 수 있다.
유리 분말의 50 % 입경 (D50) 은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 유리 분말의 50 % 입경이 0.5 ㎛ 미만인 경우, 유리 분말이 응집되기 쉽고 취급이 곤란해짐과 함께, 균일하게 분산시키기가 곤란해진다. 한편, 유리 분말의 50 % 입경이 2 ㎛ 를 초과하는 경우, 유리 연화 온도의 상승이나 소결 부족이 발생할 우려가 있다. 입경의 조정은, 예를 들어 분쇄 후에 필요에 따라서 분급함으로써 실시할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 입경은 레이저 회절·산란법에 의한 입자경 측정 장치에 의하여 얻어지는 값을 말한다.
한편, 세라믹스 필러로는, 통상 LTCC 기판의 제조에 사용되는 세라믹스 필러 중에서 알루미나 분말과 지르코니아 분말의 혼합물이 바람직하게 사용된다. 알루미나 분말과 지르코니아 분말의 혼합물로는, 알루미나 분말 : 지르코니아 분말의 혼합 비율이 질량비로 90 : 10 ∼ 60 : 40 의 혼합물이 바람직하다. 또, 세라믹스 필러의 50 % 입경 (D50) 은, 예를 들어 0.5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 유리 분말과 세라믹스 필러를, 예를 들어 질량비로, 유리 분말 : 세라믹스 필러 = 30 : 70 ∼ 50 : 50 의 범위에서 혼합함으로써 유리 세라믹스 조성물을 얻을 수 있다. 또, 이 유리 세라믹스 조성물에, 바인더, 필요에 따라서 가소제, 분산제, 용제 등을 첨가함으로써 슬러리를 얻을 수 있다.
바인더로는 예를 들어 폴리비닐부티랄, 아크릴 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 가소제로는, 예를 들어 프탈산디부틸, 프탈산디옥틸, 프탈산부틸벤질 등을 사용할 수 있다. 또, 용제로는 톨루엔, 자일렌, 2-프로판올, 2―부탄올 등의 유기 용제를 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 기체 (2) 는 발광 소자의 탑재시, 그 후의 사용시에 있어서의 손상 등을 억제하는 관점에서, 예를 들어 항절 (抗折) 강도가 250 ㎫ 이상이 되는 것이 바람직하지만, 위에서 설명한 기체 (2) 및 프레임체 (3) 를 구성하는 확산 반사성을 갖는 LTCC 에 있어서는 대체로 이 항절 강도 특성도 만족할 수 있는 것이다.
또, 기체 (2) 의 주면 (21) 상의 발광 소자 탑재부 (22) 에 있어서는, 방열성을 확보하기 위하여 표면 평탄성을 갖는 것이 바람직하나, 충분한 방열성을 확보하면서, 또한 제조상의 용이성의 관점에서, 그 표면 평활성은 표면 거칠기 (Ra) 로서 0.15 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.10 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 표면 거칠기 (Ra) 는 산술 평균 거칠기 (Ra) 로서, 산술 평균 거칠기 (Ra) 의 값은 JIS : B0601 (1994 년) 의 3 「정의된 산술 평균 거칠기의 정의 및 표시」에 의하여 나타내어지는 것이다.
기체 (2) 를 구성하는 재료인 상기 확산 반사성을 갖는 LTCC 는, 상기 표면 거칠기 (Ra) 를 확보할 수 있는 것인 것이 바람직하다. 또한, 구체적으로는 상기 기체용의 유리 세라믹스 조성물에 있어서, 슬러리 제작 공정에 있어서의 혼련 시간을 길게 함으로써 세라믹스 필러가 분쇄되어 표면 거칠기 (Ra) 를 상기 범위로 할 수 있다.
발광 소자용 기판 (1) 에 있어서는, 기체 (2) 의 주면 (21) 의 일부로 구성되는 오목부 바닥면 (24) 상에, 발광 소자가 갖는 1 쌍의 전극과 각각 전기적으로 접속되는 소자 접속 단자 (5) 가, 이 발광 소자 탑재부 (22) 의 외측이 되는 주변부, 구체적으로는 양측에 대향하도록 하여 대략 원 형상으로 1 쌍 형성되어 있다.
기체 (2) 의 이면 (23) 에는, 외부 회로와 전기적으로 접속되는 1 쌍의 외부 접속 단자 (6) 가 형성되고, 기체 (2) 의 내부에, 상기 소자 접속 단자 (5) 와 외부 접속 단자 (6) 를 전기적으로 접속하는 관통 도체 (7) 이 1 쌍 형성되어 있다. 소자 접속 단자 (5), 외부 접속 단자 (6) 및 관통 도체 (7) 에 대해서는, 이것들이 발광 소자 → 소자 접속 단자 (5) → 관통 도체 (7) → 외부 접속 단자 (6) → 외부 회로와 전기적으로 접속되는 한에 있어서는, 그 배치 형성되는 위치나 형상은 도 1 에 나타나는 것에 한정되지 않고, 적절히 조정할 수 있다.
이들 소자 접속 단자 (5), 외부 접속 단자 (6) 및 관통 도체 (7)(이하, 이것들을 일괄하여 「배선 도체」라고 하는 경우도 있다) 의 구성 재료는, 통상적으로 발광 소자용 기판에 사용되는 배선 도체와 동일한 구성 재료이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 이들 배선 도체의 구성 재료로서 구체적으로는, 구리, 은, 금 등을 주성분으로 하는 금속 재료를 들 수 있다. 이와 같은 금속 재료 중에서도 은, 은과 백금, 또는 은과 팔라듐으로 이루어지는 금속 재료를 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 소자 접속 단자 (5) 나 외부 접속 단자 (6) 에 있어서는, 이들 금속 재료로 이루어지는, 바람직하게는 두께 5 ∼ 15 ㎛ 의 금속 도체층 상에 이 층을 산화나 황화로부터 보호하고 또한 도전성을 갖는 도전성 보호층이 형성된 구성인 것이 바람직하다. 도전성 보호층으로는 상기 금속 도체층을 보호하는 기능을 갖는 도전성 재료로 구성되어 있으면 특별히 제한되지 않으나 금 도금층이 바람직하고, 니켈 도금 상에 금을 도금한 니켈/금 도금층의 구성이 보다 바람직하다. 도전성 보호층의 막두께로는, 니켈 도금층이 3 ∼ 20 ㎛, 금 도금층이 0.1 ∼ 1.0 ㎛ 인 것이 바람직하다.
도 1 에 나타내는 본 발명의 제 1 실시형태의 발광 소자용 기판 (1) 의 일례에서는, 발광 소자용 기판 (1) 은 방열 수단을 갖지 않으나, 본 발명에서는 필요에 따라서 발광 소자용 기판에 방열 수단을 설치해도 된다.
방열 수단으로서, 구체적으로는 탑재부 바로 아래에 배치 형성하는 서멀 비아 및/또는 오목부 바닥면 즉 기체 주면에 평행한 방열층 등을 들 수 있으나, 탑재부의 평탄성을 확보하기 쉬운 점에서, 기체 주면에 평행한 방열층을 기체 주면 근방의 기체 내부에 배치 형성하는 방법이 바람직하다.
도 2 는 기체 주면에 평행한 방열층을 갖는 본 발명의 발광 소자용 기판의 제 1 실시형태의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 2 에 나타내는 발광 소자용 기판 (1) 은, 기체 주면에 평행하고 기체 주면 근방의 기체 내부에 배치 형성된 방열층 (8) 이외에는, 모두 상기 도 1 에 나타내는 발광 소자용 기판 (1) 과 동일한 구성으로 할 수 있다.
방열층 (8) 은, 기체 주면 (21) 에 평행한 층으로서, 기체 주면 (21) 으로부터 바람직하게는 5 ∼ 150 ㎛, 보다 바람직하게는 75 ∼ 125 ㎛ 의 깊이의 위치에 그 표면이 위치하도록, 기체 (2) 를 주로 구성하는 본체 (2a) 상에 배치 형성된다. 상기 방열층 (8) 이 배치 형성되는 위치는, 방열층 상에 형성되는 기체의 주면을 갖는 최상부를 구성하는 피복층 (2b) 에 의한 충분한 절연 보호 기능이 확보되고, 또한 경제성, 기체와의 열팽창차에 의한 변형 등을 고려하여 조정된 위치이다.
방열층 (8) 은, 방열성을 고려하면, 가능한 한 대면적으로 형성되는 것이 바람직하나, 기체를 주로 구성하는 본체 (2a) 와 피복층 (2b) 의 층간 밀착성을 확보할 수 있을 정도로 기체의 내측에 그 단 가장자리가 남아 있도록 배치 형성된다. 구체적으로는 본체 (2a) 상에 있어서의 방열층 (8) 의 형성 면적이 차지하는 비율이, 본체 (2a) 에 있어서 주연부 이외에서 방열층 (8) 이 형성되어 있지 않은 영역, 즉 관통 도체 (7) 와 그 주위 근방을 제외한 영역의 면적에 대하여 60 ∼ 80 % 가 되도록 형성된다. 또, 이 방열층 (3) 의 형성 면적이 차지하는 상기 비율은 65 ∼ 75 % 인 것이 바람직하고, 68 ∼ 72 % 가 보다 바람직하다. 또한, 기체 (2) 내부에는 2 지점에 관통 도체 (7) 가 배치 형성되어 있으나, 방열층 (8) 은 이 관통 도체 (7) 와 전기적으로 절연되는 거리에 있어서, 또한 제조면에서의 문제 발생 등을 고려할 때, 바람직하게는 100 ㎛ 이상의, 보다 바람직하게는 150 ㎛ 이상의 거리를 유지하도록 형성된다.
또, 방열층 (8) 의 막두께에 대해서는 8 ∼ 50 ㎛ 가 바람직하고, 10 ∼ 20 ㎛ 가 보다 바람직하고, 13 ∼ 16 ㎛ 가 특히 바람직하다. 방열층 (8) 의 막두께가 8 ㎛ 미만일 때에는 충분한 방열성이 얻어지지 않을 우려가 있고, 또 50 ㎛ 를 초과하면 경제적으로 불리함과 함께 제조 과정에서 기판 본체와의 열팽창차에 의한 변형이 일어날 우려가 있다.
방열층 (8) 을 구성하는 재료로는, 열전도성을 갖는 재료이면 특별히 제한되지 않으나, LTCC 기판과 동시 소성이 가능하고 광 반사성도 우수한 은을 함유하는 금속 재료를 바람직한 재료로서 들 수 있다. 은을 함유하는 금속 재료로서 구체적으로는, 은, 은과 백금, 또는 은과 팔라듐으로 이루어지는 금속 재료를 들 수 있다. 은과 백금 또는 팔라듐으로 이루어지는 금속 재료로서 구체적으로는, 금속 재료 전체량에 대한 백금 또는 팔라듐의 비율이 5 질량% 이하인 금속 재료를 들 수 있다. 이들 중에서도 은만으로 구성되는 방열층이 본 발명에서는 높은 반사율을 얻을 수 있는 점에서 바람직하다.
충분한 방열성을 얻기 위해서 방열층 (8) 의 표면은 평탄성을 갖는 것이 바람직하다. 이 표면 평탄성으로서 구체적으로는, 충분한 방열성을 확보하면서, 또한 제조상의 용이성 관점에서, 적어도 발광 소자 탑재부 (22) 에 있어서, 표면 거칠기 (Ra) 로서 0.15 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.1 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또, 방열층 (8) 은 필요에 따라서 예를 들어 구성 재료가 상이한 층을 적층한 다층 구조로 할 수도 있다.
도 2 에 나타내는 본 발명의 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서는, 방열층 (8) 은 기체 주면 (21) 에 평행하게 기체 주면 근방의 기체 내부에 배치 형성되어 있으나, 상기 동일한 구성으로 기체 주면 (21) 상에 형성되어 있어도 된다. 그 경우, 방열성으로서 반사성을 갖는 방열층을 형성하고, 또한 이 방열층을 피복하도록 하여 절연성 보호층으로서 오버 코트 유리층 등을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로서 예를 들어, 도 1 에 나타내는 발광 소자용 기판 (1) 의, 기체 주면 (21) 의 일부로 이루어지는 오목부 바닥면 (24) 상에, 상기 1 쌍의 소자 접속 단자 (5) 가 배치 형성된 부분과 그 주위 근방을 제외한 형태로, 방열층 (8) 을 형성하고, 또한 이 방열층 (8) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 절연성 보호층으로서의 오버 코트 유리층이 형성된 구성을 들 수 있다. 여기서, 오목부 바닥면 (24) 상에 형성된 소자 접속 단자 (5) 와 방열층 (8) 의 절연성이 확보되어 있는 한, 오버 코트 유리층의 단 가장자리는, 소자 접속 단자 (5) 에 접해 있어도 되는데, 제조면에서의 문제 발생을 고려하여, 양자 사이의 거리는 75 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 100 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다.
또, 방열층 (8) 의 단 가장자리와 이것을 덮는 오버 코트 유리층의 단 가장자리 사이의 거리에 대해서는, 방열층 (8) 이 외부의 열화 요인으로부터 충분히 보호되는 범위에서 가능한 한 짧은 거리로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 10 ∼ 50 ㎛ 인 것이 바람직하고, 20 ∼ 30 ㎛ 인 것이 보다 바람직하다. 이 거리가 10 ㎛ 미만에서는 방열층 (8) 의 노출에 의하여 방열층 (8) 을 구성하는 금속 재료, 특히 바람직하게 사용되는 은을 함유하는 금속 재료의 산화나 황화 등이 발생하여 열전도성·방열성이 저하될 우려가 있고, 50 ㎛ 를 초과하면 결과적으로 방열층 (8) 의 배치 형성되는 영역의 면적이 감소함으로써 열전도성·방열성이 저하되는 경우가 있다.
오버 코트 유리층의 막두께는, 발광 장치의 설계에 따라 상이하기도 하지만, 충분한 절연 보호의 기능을 확보하고 또한 경제성, 기체와의 열팽창차에 의한 변형 등을 고려하면 5 ∼ 50 ㎛ 인 것이 바람직하다. 충분한 방열성을 얻기 위해서 오버 코트 유리층의 표면은 평탄성을 갖는 것이 바람직하다. 이 표면 평탄성으로서 구체적으로는, 충분한 방열성을 확보하면서, 또한 제조상의 용이성의 관점에서 적어도 발광 소자 탑재부 (22) 에 있어서, 표면 거칠기 (Ra) 로서 0.03 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.01 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 오버 코트 유리막에 관한 원료 조성은, 후술하는 제 2 실시형태의 제조 방법에서 설명한다.
상기와 동일한 구성으로 기체 주면에 평행하고 충분한 방열성을 갖는 방열층을 배치 형성하고, 발광 소자 탑재부 바로 아래에 서멀 비아를 배치하지 않으면, 발광 소자 탑재부에 있어서의 요철의 최고부와 최저부의 고저차는 탑재부 이외의 표면, 요컨대 절연성 보호층의 표면과 동등하고, 대체로 0.5 ㎛ 이하가 된다. 상기 기체 주면에 평행한 방열층을 배치 형성하는 방법은, 특별한 방법을 사용해도 발광 소자 탑재부에 1 ㎛ 이하 정도의 요철을 발생시키는 서멀 비아를 배치 형성하는 방법에 비하여, 발광 소자 탑재부의 평탄성이 높아 방열성이나 발광 소자의 접착성 면에서 유리하다.
여기서, 기체 주면에 평행하고 충분한 방열성을 갖는 방열층을 배치 형성하는 경우에도, 기체 주면의 표면에 반사성을 갖는 방열층을 배치 형성하는 경우에 있어서는, 상기와 같이, 기체는 반드시 확산 반사성을 갖는 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체 (LTCC) 로 구성되지 않아도 된다.
예를 들어, 유리 세라믹스 조성물이 함유하는 유리 분말로서 상기 확산 반사성을 갖는 LTCC 와 동일한 것을 사용하여 세라믹스 필러로서 종래부터 LTCC 기판의 제조에 사용되는 것을 특별한 제한 없이 사용하여 기체용의 LTCC 로 할 수 있다. 이 경우, 세라믹스 필러로는, 예를 들어 알루미나 분말, 지르코니아 분말, 또는 알루미나 분말과 지르코니아 분말과의 혼합물을 바람직하게 사용할 수 있다. 세라믹스 필러의 50 % 입경 (D50) 은, 예를 들어 0 5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 유리 분말과 세라믹스 필러를, 예를 들어 유리 분말이 30 질량% 이상 50 질량% 이하, 세라믹스 필러가 50 질량% 이상 70 질량% 이하가 되도록 배합, 혼합함으로써 유리 세라믹스 조성물을 얻을 수 있다. 또, 이 유리 세라믹스 조성물에, 바인더, 필요에 따라서 가소제, 분산제, 용제 등을 첨가함으로써 슬러리를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 발광 소자용 기판에 대하여 설명했으나, 예를 들어 상기 도 1 에 나타내는 발광 소자용 기판 (1) 을 사용하여 그 탑재부 (22) 에 발광 다이오드 소자 등의 발광 소자 (11) 를 탑재함으로써, 예를 들어 도 3 에 나타내는 발광 장치 (10) 를 제작할 수 있다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 발광 장치 (10) 는, 발광 소자용 기판 (1) 의 탑재부 (22) 에 실리콘 다이 본드제 등의 다이 본드제에 의하여 발광 다이오드 소자 등의 발광 소자 (11) 가 탑재되고, 그 도시하지 않은 1 쌍의 전극이 본딩 와이어 (12) 에 의하여 1 쌍의 소자 접속 단자 (5) 의 각각에 접속됨과 함께, 발광 소자 (11) 나 본딩 와이어 (12) 를 덮도록 봉지층 (13) 이 형성됨으로써 구성되어 있다. 또한, 봉지층 (13) 을 구성하는 재료 (봉지재) 에는, 필요에 따라서 발광 장치의 봉지층에 통상 사용되는 형광체가 함유되어 있어도 된다.
이와 같은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 발광 장치 (10) 는, 간편한 구조이면서, 탑재되는 발광 소자로부터 광 취출 방향 이외로 방사되는 광을 기판 표면에서 광 취출 방향으로 효율적으로 반사시킬 수 있는 본 발명의 발광 소자용 기판을 사용함으로써 충분한 발광 휘도가 얻어지는 발광 장치로 되어 있다.
본 발명의 제 1 실시형태의 발광 소자용 기판은, 예를 들어 이하의 (A) 공정 ∼ (D) 공정을 포함하는 제조 방법에 의하여 제조할 수 있다. 이하에서, 도 2 에 나타내는 발광 소자용 기판 (1) 을 예로 들어 도 4, 도 5 를 참조하면서 제조 방법을 설명하지만, 제조에 사용하는 부재에 대해서는 완성품 부재와 동일한 부호를 부여하여 설명하는 것이다.
(A) 그린 시트 제작 공정
먼저, 상기에서 설명한 확산 반사성을 갖는 LTCC 용의 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물을 사용하여 이하의 (i) ∼ (iii) 의 그린 시트를 제작한다.
(i) 프레임체 (3) 를 구성하는 프레임체용 그린 시트 (3)(도 4(1) 에 평면도 (1a) 및 그 X-X 선 단면도 (1b) 를 나타낸다)
(ii) 기체 (2) 의 본체 (2a) 를 구성하는, 피복층이 적층되는 면을 적층면 (26) 으로 하고 그 반대측의 면이 기체 (2) 의 이면 (23) 이 되는 대략 평판 형상의 본체용 그린 시트 (2a)(도 4(3) 에 평면도 (3a) 및 그 X-X 선 단면도 (3b) 를 나타낸다)
(iii) 기체 (2) 의 피복층 (2b) 을 구성하는, 기체 (2) 의 주면 (21) 을 갖는 피복층용 그린 시트 (2b)(도 4(2) 에 평면도 (2a) 및 그 X-X 선 단면도 (2b) 를 나타낸다)
이들 각 그린 시트는, 상기 유리 세라믹스 조성물에 바인더, 필요에 따라서 가소제, 분산제, 용제 등을 첨가하여 슬러리를 조제하고, 이것을 독터 블레이드법 등에 의하여 소성 후의 형상·막두께가 상기 원하는 범위 내로 되는 소정 형상, 막두께의 시트 형상으로 성형하고, 건조시킴으로써 제조할 수 있다.
(B) 도체 페이스트층 형성 공정
상기 (A) 공정에서 얻어진 본체용 그린 시트 (2a) 및 피복층용 그린 시트 (2b) 의 소정 위치에 소정의 도체 페이스트층을 형성한다.
도 5(4) 는 도체 페이스트층 형성 후의 피복층용 그린 시트 (2b) 를 나타내는 도면 ((4a) 는 평면도, (4b) 는 그 X-X 선 단면도이다) 이다. 피복층용 그린 시트 (2b) 에는, 소정의 2 지점에 관통 도체 (7) 의 일부를 구성하는 관통 도체용 페이스트층 (7b) 이 형성되고, 기체 (2) 의 주면 (21) 이 되는 면의 소정 위치에 관통 도체용 페이스트층 (7b) 을 덮도록 대략 원 형상으로 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 이 형성된다.
도 5(5) 는 도체 페이스트층 형성 후의 본체용 그린 시트 (2a) 를 나타내는 도면 ((5a) 는 평면도, (5b) 는 그 X-X 선 단면도이다) 이다.
도체 페이스트층 형성 공정에 있어서는, 본체용 그린 시트 (2a) 의 소정의 2 지점에 적층면 (26) 으로부터 이면 (23) 에 관통하는 관통 도체 (7) 의 일부를 구성하는 관통 도체용 페이스트층 (7a), 및 이면 (23) 에 관통 도체용 페이스트층 (7a) 과 전기적으로 접속하는 외부 접속 단자용 도체 페이스트층 (6) 을 형성한다. 또, 본체용 그린 시트 (2a) 의 적층면 (26) 상에, 본체용 그린 시트 (2a) 적층면 (26) 의 주연부 및, 상기 1 쌍의 관통 도체 (7a) 가 배치 형성된 부분과 그 주위 근방을 제외한 영역에 스크린 인쇄에 의하여, 열전도성을 갖는 재료, 바람직하게는 은을 함유하는 금속 재료를 함유하는 방열층용 페이스트층 (8) 을 형성한다.
소자 접속 단자 페이스트층 (5), 외부 접속 단자용 도체 페이스트층 (6), 및 관통 도체용 페이스트층 (7)(구체적으로는, 본체용 그린 시트 (2a) 에 형성되는 관통 도체용 페이스트층 (7a), 및 피복층용 그린 시트 (2b) 에 형성되는 관통 도체용 페이스트층 (7b)) 의 형성 방법으로는, 스크린 인쇄법에 의하여 도체 페이스트를 도포, 충전하는 방법을 들 수 있다. 형성되는 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 및 외부 접속 단자용 도체 페이스트층 (6) 의 막두께는, 최종적으로 얻어지는 소자 접속 단자 및 외부 접속 단자의 막두께가 소정의 막두께가 되도록 조정된다.
도체 페이스트로는, 예를 들어 구리, 은, 금 등을 주성분으로 하는 금속 분말에, 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라서 용제 등을 첨가하여 페이스트상(狀)으로 한 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 분말로는 은으로 이루어지는 금속 분말, 은과 백금 또는 팔라듐으로 이루어지는 금속 분말이 바람직하게 사용된다.
방열층 (8) 형성을 위한 스크린 인쇄에 사용하는 방열층용 페이스트는, 방열층 (8) 을 구성하는 열전도성을 갖는 재료, 바람직하게는 은을 함유하는 금속 재료를 함유하는 페이스트이다. 이와 같은 재료로는, 상기와 같이 은, 은 팔라듐 혼합물, 은 백금 혼합물 등을 들 수 있으나, 상기한 이유에 의하여 은이 바람직하게 사용된다. 방열층용 페이스트는, 이와 같은 재료를 주성분으로 하는 열전도성 재료 분말에, 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라서 용제 등을 첨가한 페이스트상으로 한 것을 사용할 수 있다. 형성되는 방열층용 페이스트층 (8) 의 막두께, 면적 및 형상은, 최종적으로 얻어지는 방열층 (8) 의 막두께가 상기 원하는 막두께, 면적 및 형상이 되도록 조정된다.
또, 최종적으로 얻어지는 방열층 (8) 의 표면 거칠기 (Ra) 를 상기 바람직한 범위로 하기 위하여, 금속 페이스트에 함유하는 금속 분말로서 입도 분포가 적은 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
(C) 적층 공정
상기 (B) 공정에서 얻어진, 도체 페이스트층 형성 본체용 그린 시트 (2a) 의 적층면 (26) 상에, 도체 페이스트층 형성 피복층용 그린 시트 (2b) 를 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 이 형성된 면, 즉 기체 (2) 의 주면 (21) 이 되는 면을 위로 하여 적층한다. 또한 그 위에 상기 (A) 공정에서 얻어진 프레임체용 그린 시트 (3) 를 적층하여 미(未)소결 발광 소자용 기판 (1)(도 5(6) 에 평면도 (6a) 및 그 X-X 선 단면도 (6b) 를 나타낸다) 을 얻는다.
(D) 소성 공정
상기 (C) 공정 후, 얻어진 미소결 발광 소자용 기판 (1) 에 대하여, 필요에 따라서 바인더 등을 제거하기 위한 탈지를 실시하여, 유리 세라믹스 조성물 등을 소결시키기 위한 소성 (소성 온도 : 800 ∼ 930 ℃) 을 실시한다.
탈지는, 예를 들어 500 ℃ 이상 600 ℃ 이하의 온도에서 1 시간 이상 10 시간 이하 유지함으로써 실시할 수 있다. 탈지 온도가 500 ℃ 미만 혹은 탈지 시간이 1 시간 미만인 경우, 바인더 등을 충분히 제거할 수 없을 우려가 있다. 한편, 탈지 온도는 600 ℃ 정도, 탈지 시간은 10 시간 정도로 하면, 충분히 바인더 등을 제거할 수 있고, 이것을 초과하면 오히려 생산성 등이 저하될 우려가 있다.
또, 소성은, 기체 (2) 및 프레임체 (3) 의 치밀한 구조의 획득과 생산성을 고려하여, 800 ℃ ∼ 930 ℃ 의 온도 범위에서 적절히 시간을 조정함으로써 실시할 수 있다. 구체적으로는, 850 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 온도에서 20 분 이상 60 분 이하 유지하는 것이 바람직하고, 특히 860 ℃ 이상 880 ℃ 이하의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 소성 온도가 800 ℃ 미만에서는, 기체 (2) 및 프레임체 (3) 가 치밀한 구조의 것으로서 얻어지지 않을 우려가 있다. 한편, 소성 온도는 930 ℃ 를 초과하면 기체 본체가 변형되는 등 생산성 등이 저하될 우려가 있다. 또, 상기 도체 페이스트나 반사막용 페이스트로서 은을 주성분으로 하는 금속 분말을 함유하는 금속 페이스트를 사용한 경우, 소성 온도가 880 ℃ 를 초과하면, 과도하게 연화하기 때문에 소정 형상을 유지할 수 없게 될 우려가 있다.
이와 같이 하여, 미소결 발광 소자용 기판 (1) 이 소성되고 발광 소자용 기판 (1) 이 얻어지지만, 소성 후, 필요에 따라서 소자 접속 단자 (5) 및 외부 접속 단자 (6) 의 전체를 피복하도록 금 도금 등의, 통상적으로 발광 소자용 기판에서 도체 보호용으로 사용되는 도전성 보호막을 배치 형성할 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 제 1 실시형태의 발광 소자용 기판의 일례의 제조 방법에 대하여 설명했으나, 본체용 그린 시트 (2a), 프레임체용 그린 시트 (3) 등은 반드시 단일한 그린 시트로 이루어질 필요는 없고, 복수 장의 그린 시트를 적층한 것이어도 된다. 또, 각 부의 형성 순서 등에 대해서도, 발광 소자용 기판을 제조할 수 있는 한도에서 적절히 변경할 수 있다.
<제 2 실시형태>
이하에 본 발명의 제 2 실시형태로서 복수 개의 발광 소자를 탑재하기 위한 발광 소자용 기판에 대하여 설명한다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태인 복수 개, 예를 들어 4 개의 발광 소자를 탑재하기 위한 발광 소자용 기판 (1) 의 일례를 나타내는 평면도 (a), 및 그 X-X 선 단면도 (b) 이다.
본 발명의 제 2 실시형태의 발광 소자용 기판 (1) 은, 예를 들어 도 7 에 나타내는 바와 같이 4 개의 발광 소자 (11) 가 사각 형상 등의 대략 고리 형상으로 위치하여 전기적으로 직렬로 접속되도록 탑재되는 것이다. 이 발광 소자용 기판 (1) 은, 발광 소자 (11) 가 본딩 와이어 (12) 에 의하여 전기적으로 직렬로 접속됨과 함께, 이들 발광 소자 (11) 와 본딩 와이어 (12) 를 덮도록 봉지층 (13) 이 형성되어 발광 장치 (10) 로서 사용된다.
또한, 여기서는 4 개의 발광 소자 (11) 가 전기적으로 직렬로 접속되도록 탑재되는 발광 장치 및 발광 장치용 기판을 예로 들어 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명하지만, 탑재되는 발광 소자의 개수나, 복수 개 탑재하는 경우의 직렬, 병렬 등의 전기적인 접속 방법 등은 특별히 제한되는 것은 아니다. 이하에 설명하는 개개 부재의 구성은, 본 발명의 범위 내에서, 사용되는 발광 장치의 설계에 따라 적절히 조정될 수 있는 것이다.
발광 소자용 기판 (1) 은, 이것을 주로 구성하는 대략 평판 형상의 또한 위에서 본 형상이 대략 정사각형인 기체 (2) 를 갖는다. 기체 (2) 는 발광 소자용 기판으로 했을 때에 발광 소자를 탑재하는 상측의 면을 주면 (21) 으로서 갖고, 본 예에서는 그 반대측의 면을 이면 (23) 으로 한다. 기체 (2) 의 주면 (21) 상의 대략 중앙부에는, 4 개의 발광 소자를 탑재하는 4 지점의 탑재부 (22) 가 사각 형상 등의 대략 고리 형상으로 배치되어 있다.
발광 소자용 기판 (1) 은, 기체 (2) 의 주면 (21) 상에 접합된 프레임체 (3) 를 갖는다. 프레임체 (3) 는, 기체 주면 상의 4 지점의 탑재부 (22) 마다, 기체 (2) 의 주면 (21) 의 일부가 바닥면 (24) 이 되고, 프레임체의 벽면이 측면 (25) 이 되는 오목부를 독립적으로 형성할 수 있도록 성형되어 있다. 구체적으로는, 프레임체 (3) 는 기체 (2) 의 주면 (21) 상에 배치되는 4 지점의 탑재부 (22) 가, 그 관통공의 각각 대략 중앙에 위치하도록, 사각 형상 등의 대략 고리 형상으로 4 개의 관통공을 갖는 대략 평판 형상이고 또한 위에서 본 형상이 대략 정사각형인 기체 (2) 와 대략 동일한 크기의 하부 프레임체 (3a) 와, 하부 프레임체 (3a) 의 주연부에 접합된, 대략 평판 형상이고 또한 위에서 본 형상이 대략 정사각형인 기체 (2) 와 대략 동일한 크기이고 대략 중앙부에 직경이 큰 원 형상의 구멍부를 갖는 상부 프레임체 (3b) 로 구성된다.
이와 같이, 발광 소자용 기판 (1) 은, 기체 (2) 의 주면 (21) 의 일부를 바닥면 (24) 으로 하고, 프레임체의 내벽면, 즉, 하부 프레임체 (3a) 가 갖는 4 개의 관통공의 내벽면을 측면 (25) 으로 하여 구성되고, 그 바닥면 (24) 의 대략 중앙부에 각각 1 개씩의 발광 소자 탑재부 (22) 를 갖는 4 지점의 오목부 (4) 를 갖는다. 여기서, 4 지점의 오목부 (4) 는 모두 측면 (25) 가, 바닥면 (24) 에 대하여 대략 수직이 되도록 형성되어 있다. 요컨대 하부 프레임체 (3a) 가 갖는 관통공은 모두, 상하에서 개구부가 동일한 형상이 되도록 성형되고, 관통공 이외의 부분에서 기체 주면 (21) 에 접합되어 있다.
또, 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서, 4 지점의 발광 소자 탑재부 (22) 는 그것에 대응하는 각 오목부 바닥면 (24) 의 대략 중앙부에 위치하지만, 하부 프레임체 (3a) 의 관통공의 내벽면으로 구성되는 오목부 (4) 의 측면 (25) 과 발광 소자 탑재부 (22) 의 단 가장자리 사이의 거리는, 탑재부 (22) 의 전체 둘레에 걸쳐 대략 등간격인 것이 바람직하다. 또한, 대략 등간격이란, 상기 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 측면 (25) 과 탑재부 (22) 의 단 가장자리의 바람직한 거리에 대해서도 상기 제 1 실시형태와 동일하다.
여기서, 복수의 발광 소자를 탑재하는 발광 소자용 기판의 일례인 본 예에 있어서 4 개의 오목부 (4) 를 형성하기 위한 프레임체 (3) 의 형상은, 위에 설명한 대로이지만, 탑재부 (22) 의 단 가장자리로부터의 측면의 거리가 일정한 간격을 갖고 형성되는 것이면, 형상은 특별히 한정되지 않는다.
또, 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서, 발광 소자의 탑재부 (22) 사이에 위치하는 하부 프레임체 (3a) 의 높이는, 발광 소자를 탑재부 (22) 에 실장하는 공정, 즉 다이 본드 공정의 위치 정밀도나 와이어 본드 작업의 용이성 관점에서 발광 소자가 탑재되었을 때의 발광 소자의 최고부와 동일한 높이 이상이고, 그 높이에 50 ㎛ 를 더한 높이 이하인 것이 바람직하다.
도 6 에 나타내는 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서, 프레임체 (3) 는 상기 발광 소자 탑재부 (22) 를 갖는 오목부를 형성하는 하부 프레임체 (3a) 와, 추가적으로 기체 (2) 의 주연부 상에 하부 프레임체 (3a) 로부터 일단 높게 벽 형상으로 형성되는 상부 프레임체 (3b) 로 구성된다. 이 상부 프레임체 (3b) 의 높이, 즉 오목부 (4) 의 바닥면 (24) 으로부터 상부 프레임체 (3b) 의 최고위까지의 거리는, 탑재되는 발광 소자로부터의 광을 광 취출 방향으로 충분히 반사할 수 있는 높이이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 발광 장치의 설계, 예를 들어 탑재되는 발광 소자의 출력이나, 상기 발광 소자 탑재부의 단 가장자리로부터의 거리 등 따라 상이하기도 하지만, 발광 장치를 탑재하는 제품의 형상이나 파장 변환을 위한 형광체를 함유한 봉지재를 효율적으로 충전하는 등의 관점에서, 발광 소자가 탑재되었을 때의 발광 소자의 최고부의 높이보다 100 ∼ 500 ㎛ 높게 하는 것이 바람직하다. 또한, 프레임체 (3) 의 높이는 발광 소자의 최고부의 높이에 450 ㎛ 를 더한 높이 이하인 것이 보다 바람직하고, 400 ㎛ 를 더한 높이 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또, 복수의 발광 소자 탑재용의 발광 소자용 기판의 경우, 상기에 부가하여 발광 소자의 탑재부 사이에 위치하는 프레임체의 높이를, 발광 소자의 최고부와 동일한 높이 이상이고, 그 높이에 50 ㎛ 를 더한 높이 이하로 하면 더욱 바람직하다.
본 예에 있어서, 적어도 프레임체 (3)(하부 프레임체 (3a) 및 상부 프레임체 (3b)) 는, 확산 반사성을 갖는 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체 (LTCC) 로 구성된다. 확산 반사성을 갖는 LTCC 에 대해서는, 상기 제 1 실시형태에서 사용한 확산 반사성을 갖는 LTCC 와 동일한 것을 사용할 수 있다.
기체 (2) 는, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 구성된다. 본 예에 있어서는, 후술하는 바와 같이 기체 (2) 의 주면 (21) 상에, 반사층을 겸하는 방열층 (8) 과 절연성 보호층으로서의 오버 코트 유리층 (9) 이 형성되어 있기 때문에, 상기 서술한 바와 같이 기체 (2) 를 구성하는 LTCC 는 반드시 확산 반사성을 갖는 LTCC 가 아니어도 되나, 기체 (2) 와 프레임체 (3) 의 밀착성이나 열수축률의 차이에 의한 변형을 방지할 수 있는 점에서, 프레임체 (3) 를 구성하는 확산 반사성을 갖는 LTCC 와 동일한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 예의 발광 소자 탑재 기판 (1) 에 있어서는, 상기 구조의 프레임체 (3) 를, 확산 반사성을 갖는 LTCC 로 구성함으로써, 발광 소자를 탑재했을 때에, 발광 소자가 방사하는 광이, 오목부 (4) 의 바닥면 (24) 에 배치 형성된 반사층에 더하여 측면 (25) 에서도 충분히 광 취출 방향으로 반사시킬 수 있는, 고휘도의 발광 장치로 할 수 있다.
본 예의 발광 소자용 기판 (1) 은, 예를 들어 도 7 에 나타내는 바와 같이 4 개의 발광 소자 (11) 와 하부 프레임체 (3a) 상에 배치 형성된 1 쌍의 소자 접속 단자 (5) 가 본딩 와이어 (12) 에 의하여 전기적으로 직렬로 접속되어 사용된다. 4 개의 발광 소자를 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자, 제 3 발광 소자, 제 4 발광 소자로 하고, 1 쌍의 소자 접속 단자를, 제 1 소자 접속 단자, 제 2 소자 접속 단자로 하면, 제 1 소자 접속 단자 → 제 1 발광 소자 → 제 2 발광 소자 → 제 3 발광 소자 → 제 4 발광 소자 → 제 2 소자 접속 단자의 순서로 본딩 와이어 (12) 에 의하여 접속된다.
본 예의 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서, 하부 프레임체 (3a) 상에 배치 형성되는 1 쌍의 소자 접속 단자 (5) 는, 상기 접속이 가능하도록, 예를 들어 도 6 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍이 절연성이 확보되는 정도의 거리를 취하면서 근접하게 배열되어, 상부 프레임체 (3b) 와의 경계 근처에 대략 원 형상으로 형성된다. 게다가 하부 프레임체 (3a) 는, 상기 1 쌍의 소자 접속 단자 (5) 의 바로 아래에, 이것들과 전기적으로 각각 접속되는 1 쌍의 관통 도체 (7b)(도 9(4b) 를 참조) 를 갖는다.
한편, 기체 (2) 의 이면 (23) 에는, 외부 회로와 전기적으로 접속되는 1 쌍의 외부 접속 단자 (6) 가 형성되고, 기체 (2) 의 내부에, 상기 하부 프레임체 (3a) 에 배치 형성된 소자 접속 단자 (5)·관통 도체 (7b) 와, 상기 기체 이면 (23) 의 외부 접속 단자 (6) 를 전기적으로 접속하는 관통 도체 (7a)(도 9(5b) 를 참조할 것) 가 1 쌍 형성되어 있다. 이하, 관통 도체 (7b) 와 관통 도체 (7a) 를 합쳐 관통 도체 (7) 라고 한다.
이들 소자 접속 단자 (5), 외부 접속 단자 (6) 및 관통 도체 (7), 즉 배선 도체의 구성 재료는, 통상, 발광 소자용 기판에 사용되는 배선 도체와 동일한 구성 재료이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있고, 상기 제 1 실시형태에 있어서 배선 도체에 사용하는 구성 재료로서 설명한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 또, 소자 접속 단자 (5), 외부 접속 단자 (6) 는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 필요에 따라서 금 도금 등의 도전성 보호층을 갖는 구성이어도 된다.
또, 상기 소자 접속 단자 (5), 외부 접속 단자 (6) 및 관통 도체 (7) 에 대해서는, 이것들이 발광 소자 → 소자 접속 단자 (5) → 관통 도체 (7) → 외부 접속 단자 (6) → 외부 회로와 전기적으로 접속되는 한에 있어서는, 그 배치 형성되는 위치나 형상은 도 6 에 나타나는 것에 한정되지 않고, 적절히 조정할 수 있다.
기체 (2) 의 주면 (21) 상에는, 기체 주면 (21) 의 주연부 및, 상기 1 쌍의 관통 도체 (7) 가 배치 형성된 부분과 그 주위 근방을 제외한 형태로 방열층 (8) 이 형성되어 있다. 기체 주면 (21) 상에는, 더욱 상기 방열층 (8) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮도록 절연성 보호층으로서의 오버 코트 유리층 (9) 이 형성되어 있다.
또한, 방열층 (8) 및 오버 코트 유리층 (9) 의 구성 재료, 막두께, 표면 특성, 배치 형성 영역 등에 대해서는 상기 제 1 실시형태의 방열층 (8) 및 오버 코트 유리층 (9) 과 동일하게 할 수 있다.
이상으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 발광 소자용 기판 (1) 에 대하여 설명했으나, 예를 들어 상기 도 6 에 나타내는 발광 소자용 기판 (1) 을 사용하여 그 탑재부 (22) 에 발광 다이오드 소자 등의 발광 소자 (11) 를 탑재함으로써, 예를 들어 도 7 에 나타내는 발광 장치 (10) 를 제작할 수 있다.
도 7 에 나타내는 바와 같이 발광 장치 (10) 는, 발광 소자용 기판 (1) 의 상기 소정 탑재부 (22) 에 실리콘 다이 본드제 등의 다이 본드제에 의하여 발광 다이오드 소자 등의 발광 소자 (11) 가 4 개, 본딩 와이어 (12) 를 사용하여 전기적으로 직렬로 접속되도록 탑재된 것이다.
구체적으로는, 4 개의 발광 소자 (11) 를 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자, 제 3 발광 소자, 제 4 발광 소자로 하고, 1 쌍의 소자 접속 단자 (5) 를 제 1 소자 접속 단자, 제 2 소자 접속 단자로 하면, 제 1 소자 접속 단자 → 제 1 발광 소자 → 제 2 발광 소자 → 제 3 발광 소자 → 제 4 발광 소자 → 제 2 소자 접속 단자의 순서로 본딩 와이어 (12) 에 접속되어 있다. 또, 발광 장치 (10) 는, 발광 소자 (11) 나 본딩 와이어 (12) 를 덮도록 봉지층 (13) 이 형성됨으로써 구성되어 있다. 또한, 봉지층 (13) 을 구성하는 재료 (봉지재) 에는, 필요에 따라서 발광 장치의 봉지층에 통상 사용되는 형광체가 함유되어 있어도 된다.
이와 같은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 발광 장치 (10) 는, 간편한 구조이면서, 탑재되는 발광 소자로부터 광 취출 방향 이외로 방사되는 광을 기판 표면에서 광 취출 방향으로 효율적으로 반사시킬 수 있는 본 발명의 발광 소자용 기판을 사용함으로써 충분한 발광 휘도가 얻어지는 발광 장치로 되어 있다.
본 발명의 제 2 실시형태의 발광 소자용 기판은, 예를 들어 이하의 (A)' 공정 ∼ (D)' 공정을 포함하는 제조 방법에 의하여 제조할 수 있다. 이하에, 도 6 에 나타내는 발광 소자용 기판 (1) 을 예로 들어, 기체 (2) 와 프레임체 (3) 를 구성하는 LTCC 로서 확산 반사성을 갖는 LTCC 를 사용한 경우에 대하여, 도 8, 도 9 를 참조하면서 제조 방법을 설명한다. 또한, 제조에 사용하는 부재에 대해서는 완성품 부재와 동일한 부호를 부여하여 설명하는 것이다.
(A)' 그린 시트 제작 공정
먼저, 상기에 설명한 확산 반사성을 갖는 LTCC 용의 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 유리 세라믹스 조성물을 사용하여 이하의 (i) ∼ (iii) 의 그린 시트를 제작한다.
(i) 상부 프레임체 (3b) 를 구성하는 상부 프레임체용 그린 시트 (3b)(도 8(1) 에 평면도 (1a) 및 그 X-X 선 단면도 (1b) 를 나타낸다)
(ii) 하부 프레임체 (3a) 를 구성하는 하부 프레임체용 그린 시트 (3a)(도 8(2) 에 평면도 (2a) 및 그 X-X 선 단면도 (2b) 를 나타낸다)
(iii) 기체 (2) 를 구성하는, 기체 (2) 의 발광 소자를 탑재하는 상측의 면을 주면 (21) 으로 하고 그 반대측의 면을 이면 (23) 으로 하는 대략 평판 형상의 기체용 그린 시트 (2)(도 8(3) 에 평면도 (3a) 및 그 X-X 선 단면도 (3b) 를 나타낸다)
이들 각 그린 시트는, 상기 유리 세라믹스 조성물에 바인더, 필요에 따라서 가소제, 분산제, 용제 등을 첨가하여 슬러리를 조제하고, 이것을 독터 블레이드법 등에 의하여, 소성 후의 형상·막두께가 상기 원하는 범위 내가 되는 소정 형상, 막두께를 갖는 시트 형상으로 성형하고, 건조시킴으로써 제조할 수 있다.
(B)' 도체 페이스트층 및 오버 코트 유리 페이스트층 형성 공정
상기 (A)' 공정에서 얻어진 하부 프레임체용 그린 시트 (3a) 의 소정 위치에 소정 도체 페이스트층을 형성한다. 또, 상기 (A)' 공정에서 얻어진 기체용 그린 시트 (2) 에 대하여 소정 위치에 소정 도체 페이스트층을 형성하고, 추가로 소정 위치에 소정의 오버 코트 유리 페이스트층을 형성한다.
도 9(4) 는, 도체 페이스트층 형성 후의 하부 프레임체용 그린 시트 (3a) 를 나타내는 도면 ((4a) 는 평면도, (4b) 는 그 X-X 선 단면도이다) 이다. 하부 프레임체용 그린 시트 (3a) 에는, 소정의 2 지점에 관통 도체 (7) 의 일부를 구성하는 관통 도체용 페이스트층 (7b) 이 형성되고, 기체용 그린 시트 (2) 와 적층되는 면과 반대측, 상측의 면의 소정 위치에 관통 도체용 페이스트층 (7b) 을 덮도록 대략 원 형상으로 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 이 형성된다.
도 9(5) 는 도체 페이스트층·오버 코트 유리 페이스트층 형성 후의 기체용 그린 시트 (2) 를 나타내는 도면 ((5a) 는 평면도, (5b) 는 그 X-X 선 단면도이다) 이다.
도체 페이스트층 형성 공정에 있어서는, 기체용 그린 시트 (2) 의 소정의 2 지점에 주면 (21) 으로부터 이면 (23) 에 관통하는 관통 도체 (7) 의 일부를 구성하는 관통 도체용 페이스트층 (7a), 및 이면 (23) 에 관통 도체용 페이스트층 (7a) 과 전기적으로 접속하는 외부 접속 단자용 도체 페이스트층 (6) 을 형성한다. 또, 기체용 그린 시트 (2) 의 주면 (21) 상에, 기체용 그린 시트 (2) 주면 (21) 의 주연부 및, 상기 1 쌍의 관통 도체 (7a) 가 배치 형성된 부분과 그 주위 근방을 제외한 영역에 스크린 인쇄에 의하여, 열전도성을 갖는 재료, 바람직하게는 은을 함유하는 금속 재료를 함유하는 방열층용 페이스트층 (8) 을 형성한다.
이어서, 기체용 그린 시트 주면 (21) 상에 존재하는 방열층용 페이스트층 (8) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 기체용 그린 시트 (2) 의 주면 (21) 상의 주연부 및, 상기 1 쌍의 관통 도체 (7a) 가 배치 형성된 부분과 그 주위 근방을 제외한, 기체용 그린 시트 주면 (21) 상에 스크린 인쇄에 의하여 오버 코트 유리 페이스트층 (9) 를 형성한다.
상기 소자 접속 단자 페이스트층 (5), 외부 접속 단자용 도체 페이스트층 (6), 및 관통 도체용 페이스트층 (7)(구체적으로는, 기체용 그린 시트 (2) 에 형성되는 관통 도체용 페이스트층 (7a), 및 하부 프레임체용 그린 시트 (3a) 에 형성되는 관통 도체용 페이스트층 (7b)) 의 형성 방법으로는, 스크린 인쇄법에 의하여 도체 페이스트를 도포, 충전하는 방법을 들 수 있다. 형성되는 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 및 외부 접속 단자용 도체 페이스트층 (6) 의 막두께는, 최종적으로 얻어지는 소자 접속 단자 및 외부 접속 단자의 막두께가 소정의 막두께로 되도록 조정된다.
이들 도체 페이스트층 형성에 사용되는, 소자 접속 단자 페이스트, 관통 도체용 페이스트, 외부 접속 단자용 도체 페이스트 등의 배선 도체용 페이스트 및, 방열층용 금속 페이스트에 대해서는, 상기 제 1 실시형태에서 설명한 것과 동일한 것을 사용할 수 있고, 형성 방법도 동일한 방법으로 할 수 있다.
또, 상기 오버 코트 유리 페이스트는, 유리 분말 (유리막용 유리 분말) 에, 에틸셀룰로오스 등의 비히클, 필요에 따라서 용제 등을 첨가한 페이스트상으로 한 것을 사용할 수 있다. 형성되는 오버 코트 유리 페이스트층 (9) 의 막두께는, 최종적으로 얻어지는 오버 코트 유리층 (9) 의 막두께가 상기 원하는 막두께로 되도록 조정된다.
오버 코트 유리층용 유리 분말로는, 이하의 (C)' 공정 후에 이어서 행해지는 (D)' 소성 공정에 있어서의 소성에 의하여, 막 상의 유리를 얻을 수 있는 것이면 되고, 그 50 % 입경 (D50) 은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또, 오버 코트 유리층 (9) 의 표면 거칠기 (Ra) 의 조정은, 예를 들어 이 오버 코트 유리층용 유리 분말의 입도에 의하여 실시할 수 있다. 즉, 오버 코트 유리층용 유리 분말로서 소성시에 충분히 용융되어 유동성이 우수한, 상기 50 % 입경 (D50) 의 범위의 것을 사용함으로써 표면 거칠기 (Ra) 를 상기 바람직한 범위로 조정할 수 있다.
(C)' 적층 공정
상기 (B)' 공정에서 얻어진, 도체 페이스트층·오버 코트 유리 페이스트층 형성 기체용 그린 시트 (2) 의 주면 (21) 상에, 도체 페이스트층 형성 하부 프레임체용 그린 시트 (3a) 를 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 이 형성된 면을 위로 하여 적층한다. 또한 그 위에 상기 (A)' 공정에서 얻어진 상부 프레임체용 그린 시트 (3b) 를 적층하여 미소결 발광 소자용 기판 (1)(도 9(6) 에 평면도 (6a), 및 그 X-X 선 단면도 (6b) 를 나타낸다) 을 얻는다
(D)' 소성 공정
상기 (C)' 공정 후, 얻어진 미소결 발광 소자용 기판 (1) 에 대하여, 필요에 따라서 바인더 등을 제거하기 위한 탈지를 실시하고, 유리 세라믹스 조성물 등을 소결시키기 위한 소성을 실시한다. 이 소성 공정은, 상기 제 1 실시형태의 발광 소자용 기판의 제조 방법에 있어서의 (D) 소성 공정과 완전히 동일하게 할 수 있다.
이와 같이 하여, 미소결 발광 소자용 기판 (1) 이 소성되고 발광 소자용 기판 (1) 가 얻어지나, 소성 후에 필요에 따라서 소자 접속 단자 (5) 및 외부 접속 단자 (6) 의 전체를 피복하도록, 금 도금 등의, 통상적으로 발광 소자용 기판에 있어서 도체 보호용에 사용되는 도전성 보호막을 배치 형성할 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 제 2 실시형태의 발광 소자용 기판의 제조 방법에 대하여 설명했으나, 기체용 그린 시트 (2), 하부 프레임체용 그린 시트 (3a), 상부 프레임체용 그린 시트 (3b) 는 반드시 단일한 그린 시트로 이루어질 필요는 없고, 복수 장의 그린 시트를 적층한 것이어도 된다. 또, 각 부의 형성 순서 등에 대해서도, 발광 소자용 기판을 제조할 수 있는 한도에서 적절히 변경할 수 있다.
이상에서, 발광 소자를 1 개 탑재하기 위한 본 발명의 제 1 실시형태 및, 발광 소자를 복수 개 탑재하기 위한 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여, 각각 발광 소자용 기판 및 이것을 사용한 발광 장치에 있어서의 예를 들어 설명했으나, 본 발명의 발광 소자용 기판 및 발광 장치는 이것들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지에 반하지 않는 한도에서, 또 필요에 따라서 그 구성을 적절히 변경할 수 있다.
본 발명의 발광 소자용 기판에 의하면, 간편한 구조이면서, 탑재되는 발광 소자로부터 광 취출 방향 이외로 방사되는 광을 기판 표면에서 광 취출 방향으로 효율적으로 반사시킬 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 광 취출 효율이 양호한 본 발명의 발광 소자용 기판을 사용함으로써 충분히 고휘도로 발광할 수 있는 발광 장치를 제공할 수 있게 된다. 이와 같은 본 발명의 발광 장치는, 예를 들어 휴대 전화나 대형 액정 디스플레이 등의 백라이트, 자동차용 혹은 장식용 조명, 그 밖의 광원으로서 바람직하게 사용할 수 있다.
[실시예]
이하에서, 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
이하에서 설명하는 방법에서, 도 3 에 나타낸 바와 같은 동일한 구조의 발광 소자 1 개를 탑재하는 시험용 발광 장치를 제작하였다. 또한, 상기한 바와 같이, 소성 전후에서 부재에 사용하는 부호는 동일한 것을 사용한다.
먼저, 발광 소자용 기판 (1) 의 기체 (2) 및 프레임체 (3) 를 제작하기 위한 기체용 그린 시트 (2), 프레임체용 그린 시트 (3) 를 제작하였다. 각 그린 시트는, 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 분 동안 용융시킨 후, 이 용융 상태의 유리를 흘려내어 냉각시켰다. 이 유리를 알루미나제 볼 밀에 의하여 40 시간 분쇄하여 유리 분말을 제조하였다. 또한, 분쇄시의 용매에는 에틸알코올을 사용하였다.
이 유리 분말이 35 질량%, 알루미나 필러 (쇼와 전공사 제조, 상품명 : AL-45H) 40 질량%, 지르코니아 필러 (다이이치 희원소 화학 공업사 제조, 상품명 : HSY-3F-J) 25 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#3000 K) 5 g, 추가로 분산제 (빅크케미사 제조, 상품명 : BYK180) 를 배합하고, 혼합하여 슬러리를 조제하였다.
이 슬러리를 PET 필름 상에 독터 블레이드법에 의하여 도포하고, 건조시킨 그린 시트를 적층하여, 대략 평판 형상으로서 소성 후의 두께가 0.4 ㎜ 가 되는 기체용 그린 시트 (2), 프레임 외의 형상이 기체용 그린 시트 (2) 와 동일하고, 프레임 내의 형상이 장변 : 2.5 ㎜, 단변 : 1.5 ㎜ 의 대략 직사각 형상으로서, 소성 후의 프레임 높이가 0.45 ㎜ 인 프레임체용 그린 시트 (3) 를 제조하였다.
한편, 도전성 분말 (다이켄 화학 공업사 제조, 상품명 : S550), 비히클로서의 에틸셀룰로오스를 질량비 85 : 15 의 비율로 배합하고, 고형분이 85 질량% 가 되도록 용제로서의
Figure pat00001
테레피네올에 분산시킨 후, 자기 유발 중에서 1 시간 혼련을 실시하고, 추가로 3 개 롤에서 3 회 분산을 실시하여 배선 도체용 페이스트를 제조하였다.
기체용 그린 시트 (2) 의 1 쌍의 관통 도체 (7) 에 상당하는 부분에 천공기를 사용하여 직경 0.3 ㎜ 의 관통공을 형성하고, 스크린 인쇄법에 의하여 배선 도체용 페이스트를 충전하여 관통 도체 페이스트층 (7) 을 형성함과 함께, 이면 (23) 에 1 쌍의 외부 접속 단자 도체 페이스트층 (6) 을 형성하였다. 추가로, 기체용 그린 시트 (2) 의 주면 (21) 상에는, 관통 도체용 페이스트층 (7) 을 덮도록 대략 원 형상으로 1 쌍의 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 을 스크린 인쇄법에 의하여 형성하여 도체 페이스트층 형성 기체용 그린 시트 (2) 를 얻었다.
상기에서 얻어진, 도체 페이스트층 형성 본체용 그린 시트 (2) 의 주면 (21) 상에, 상기에서 얻어진 프레임체용 그린 시트 (3) 를 적층하여 미소결 발광 소자용 기판 (1) 을 얻었다. 이 미소성 발광 소자용 기판 (1) 을, 550 ℃ 에서 5 시간 유지하여 탈지를 실시하고, 추가로 870 ℃ 에서 30 분간 유지하고 소성을 실시하여 시험용의 발광 소자용 기판 (1) 을 제조하였다.
얻어진 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서의, 프레임체 (3) 의 내벽면을 측면 (25) 으로 하고, 기체 주면 (21) 의 일부를 바닥면 (24) 으로 하는 오목부 (4) 는, 바닥면 (24) 의 형상에 대해서는, 장변이 2.5 ㎜, 단변이 1.5 ㎜ 인 대략 직사각 형상이었다. 또, 오목부 (4) 의 측면 (25) 은 바닥면 (24) 에 대하여 대략 수직으로 형성되고, 그 높이는 0.6 ㎜ 였다. 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서의 기체 주면 (21) 의 표면 거칠기 (Ra) 는, 토쿄 정밀사 제조의 사프콤 1400D 로 측정했을 때 0.01 ㎛ 인 것이 확인되었다. 또, 프레임체의 내벽면 및 기체 주면의 표면에 있어서의 헤이즈값을 헤이즈 미터 (닛폰 전색 공업 제조, NDH2000) 로 측정했을 때 100 % 였다.
상기에서 제작한 시험용의 발광 소자용 기판 (1) 의 탑재부 (22) 에 1 개의 2 와이어 타입의 발광 다이오드 소자를 탑재하여 발광 장치 (10) 를 제작하였다. 구체적으로는, 발광 다이오드 소자 (11)(쇼와 전공사 제조, 상품명 : GQ2CR460Z, 사이즈 : 380 ㎛ × 240 ㎛, 높이 : 80 ㎛) 를 다이 본드재 (신에츠 화학 공업사 제조, 상품명 : KER-3000-M2) 에 의하여 상기 위치 (오목부 (4) 의 대략 중앙부로서, 오목부 (4) 의 장변과 발광 소자 (11) 의 장변이 동일 방향이 되는 위치) 에 고정시키고, 발광 소자 (11) 가 갖는 1 쌍의 전극 각각과 1 쌍의 소자 접속 단자 (5) 를 각각 본딩 와이어 (12) 를 개재하여 전기적으로 접속하였다. 또한, 탑재된 발광 소자의 최고부의 높이는 오목부 (4) 의 바닥면 (24) 으로부터 83 ㎛ 였다.
상기 발광 장치 (10) 에 있어서, 프레임체 (3) 의 내벽면, 즉 오목부 (4) 의 측면 (25) 으로부터 발광 소자 (11) 의 단 가장자리와의 거리는, 최대값 (도 1 에 있어서 L2 에 상당하는 길이) 이 1060 ㎛, 최소값 (도 1 에 있어서 L1 에 상당하는 길이) 이 630 ㎛ 였다.
또한, 봉지재 (신에츠 화학 공업사 제조, 상품명 : SCR-1016A) 를 사용하여 도 3 에 나타내는 봉지층 (13) 을 구성하도록 봉지하였다. 봉지재에는 형광체 (화성 오프토니크스사 제조, 상품명 P46-Y3) 를 봉지재에 대하여 20 질량% 함유시킨 것을 사용하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1 에서, 프레임체 (3) 의 내벽면에 은으로 이루어지는 반사막을 배치한 것 이외에는, 모두 실시예 1 과 동일하게 하여, 비교예 1 의 발광 장치를 제작하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1 에서, 오목부 (4) 의 측면 (25) 과 바닥면 (24) 이 이루는 각이 135˚가 되는 형상의 프레임체 (3) 를 형성하여, 프레임체 (3) 의 내벽면에 은으로 이루어지는 반사막을 배치한 것 이외에는, 모두 실시예 1 과 동일하게 하여, 비교예 2 의 발광 장치를 제작하였다.
<평가>
상기 실시예 1 및 비교예 1, 2 에서 얻어진 발광 장치에 대하여 이하의 방법으로 전광속량과 열저항을 측정하였다.
[전광속량]
발광 장치의 전광속량 측정은, LED 전광속 측정 장치 (스펙토라코프사 제조, 상품명 : SOLIDLAMBDA·CCD·LED·MONITOR·PLUS) 를 사용하여 실시하였다. 적분구는 6 인치, 전압/전류 발생기로는 아도반테스트사 제조 R6243 을 사용하였다. 또, LED 소자에는 35 ㎃ 를 인가하여 측정하였다.
[열저항]
발광 장치에서의 발광 소자용 기판의 열저항을, 열저항 측정기 (미네코온 전기사 제조, 상품명 : TH-2167) 를 사용하여 측정하였다. 또한, 인가 전류는 350 ㎃ 로 하고, 전압 강하가 포화되는 시간까지 통전하고, 강하된 전압과 발광 다이오드 소자의 온도-전압 강하 특성에서 유도되는 온도 계수에 의하여 포화 온도를 산출하고, 열저항을 구하였다.
결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 결과는 비교예 1 의 발광 장치에 있어서의 전광속량 및 열저항을 100 % 로 했을 때의 백분율로 나타내었다.
전광속량 (%) 열저항 (%)
비교예 1 100 100
비교예 2 115 100
실시예 1 115 100
[실시예 2]
이하에서 설명하는 방법으로, 도 7 에 나타낸 바와 같이 동일한 구조의 4 개의 발광 소자를 탑재하는 시험용 발광 장치를 제작하였다. 또한, 상기와 동일하게, 소성 전후에서 부재에 사용하는 부호는 동일한 것을 사용하였다.
먼저, 발광 소자용 기판 (1) 의 기체 (2) 및 프레임체 (3) 를 제작하기 위한, 기체용 그린 시트 (2), 하부 프레임체용 그린 시트 (3a), 상부 프레임체용 그린 시트 (3b) 를 제작하였다. 각 그린 시트 형성용의 슬러리는 상기 실시예 1 과 동일하게 하여 조제하였다.
이 슬러리를 PET 필름 상에 독터 블레이드법에 의하여 도포하고, 건조시킨 그린 시트를 적층하여, 대략 평판 형상으로서 소성 후의 두께가 0.4 ㎜ 가 되는 기체용 그린 시트 (2), 프레임 외의 형상이 기체용 그린 시트 (2) 와 동일하고, 프레임 내의 형상이 소성 후에서 장변 : 0.78 ㎜, 단변 : 0.64 ㎜ 의 대략 직사각 형상인 관통공을 4 개 갖고, 소성 후의 프레임 높이 (이하에서 설명하는 오목부 바닥면 (24) 의 오버 코트 유리층으로부터의 높이) 가 0.1 ㎜ 인 하부 프레임체용 그린 시트 (3a), 프레임 외의 형상이 기체용 그린 시트 (2) 와 동일하고, 프레임 내의 형상이 직경 4.3 ㎜ 의 원 형상으로서, 소성 후의 프레임 높이 (하부 프레임체 (3a) 로부터의 높이) 가 0.35 ㎜ 인 상부 프레임체용 그린 시트 (3b) 를 제조하였다.
한편, 상기 실시예 1 과 동일하게 하여 배선 도체용 페이스트를 제조하였다. 또, 방열층용 금속 페이스트는, 은 분말 (다이켄 화학 공업사 제조, 상품명 : S400-2) 과, 비히클로서의 에틸셀룰로오스를 질량비 90 : 10 의 비율로 배합하고, 고형분이 87 질량% 가 되도록 용제로서의
Figure pat00002
테레피네올에 분산시킨 후, 자기 유발 중에서 1 시간 혼련을 실시하고, 추가로 3 개 롤에서 3 회 분산을 실시하여 제조하였다.
하부 프레임체용 그린 시트 (3a) 의 1 쌍의 관통 도체 (7) 에 상당하는 부분에 천공기를 사용하여 직경 0.3 ㎜ 의 관통공을 형성하고, 스크린 인쇄법에 의하여 배선 도체용 페이스트를 충전하여 관통 도체 페이스트층 (7b) 을 형성하고, 기체용 그린 시트 (2) 와 적층되는 면과 반대측, 상측의 면의 소정 위치에 관통 도체용 페이스트층 (7b) 을 덮도록 대략 원 형상으로 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 을 형성하였다.
기체용 그린 시트 (2) 의 1 쌍의 관통 도체 (7) 에 상당하는 부분에 천공기를 사용하여 직경 0.3 ㎜ 의 관통공을 형성하고, 스크린 인쇄법에 의하여 배선 도체용 페이스트를 충전하여 관통 도체 페이스트층 (7a) 을 형성함과 함께, 이면 (23) 에 외부 접속 단자 도체 페이스트층 (6) 을 형성하였다. 게다가 기체용 그린 시트 (2) 의 주면 (21) 상에는, 기체용 그린 시트 (2) 주면 (21) 의 주연부 및, 상기 1 쌍의 관통 도체 (7a) 가 배치 형성된 부분과 그 주위 근방을 제외한 영역에 스크린 인쇄에 의하여, 방열층용 페이스트층 (8) 을 소성 후의 막두께가 15 ㎛ 가 되도록 형성하였다. 소성 후의 방열층 (8) 의 표면 거칠기 (Ra) 는, 토쿄 정밀사 제조의 사프콤 1400D 로 측정했을 때 0.08 ㎛ 인 것을 확인하였다.
또한, 상기 방열층용 페이스트층 (8) 의 단 가장자리를 포함하는 전체를 덮고 또한 상기 1 쌍의 관통 도체 (7a) 가 형성된 영역 및 그 주위 근방을 제외하도록, 오버 코트 유리 페이스트층 (9) 을, 소성 후의 막두께가 20 ㎛ 가 되도록 스크린 인쇄법에 의하여 형성하고, 도체 페이스트층·오버 코트 유리 페이스트층 형성 본체용 그린 시트 (2) 를 얻었다. 소성 후의 오버 코트 유리층 (9) 의 표면 거칠기 (Ra) 는, 토쿄 정밀사 제조의 사프콤 1400D 로 측정했을 때 0.01 ㎛ 인 것을 확인하였다.
여기서, 상기 오버 코트 유리 페이스트의 조제에 사용한 유리막용 유리 분말은 아래와 같이 하여 제조하였다. 먼저, S1O2 가 81.6 ㏖%, B2O3 가 16.6 ㏖%, K2O 가 1.8 ㏖% 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 밀로 8 ∼ 60 시간 분쇄하여 유리막용 유리 분말로 하였다.
이 오버 코트 유리막용 유리 분말이 60 질량%, 수지 성분 (에틸셀룰로오스와
Figure pat00003
테레피네올을 질량비로 85 : 15 의 비율로 함유하는 것) 이 40 질량% 가 되도록 배합한 후, 자기 유발 중에서 1 시간 혼련하고, 추가로 3 개 롤에서 3 회 분산을 실시함으로써 오버 코트 유리 페이스트를 조제하였다.
상기에서 얻어진, 도체 페이스트층·오버 코트 유리 페이스트층 형성 기체용 그린 시트 (2) 의 주면 (21) 상에, 도체 페이스트층 형성 하부 프레임체용 그린 시트 (3a) 를 소자 접속 단자 페이스트층 (5) 이 형성된 면을 위로 하여 적층하였다. 또한 그 위에 상기에서 얻어진 상부 프레임체용 그린 시트 (3b) 를 적층하여 미소결 발광 소자용 기판 (1) 을 얻었다. 이 미소성 발광 소자용 기판 (1) 을, 550 ℃ 에서 5 시간 유지하고 탈지를 실시하고, 추가로 870 ℃ 에서 30 분간 유지하고 소성을 실시하여 시험용의 발광 소자용 기판 (1) 을 제조하였다.
얻어진 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서의, 하부 프레임체 (3a) 의 관통공 내벽면을 측면 (25) 으로 하고, 기체 주면 (21) 의 일부를 바닥면 (24) 으로 하는 4 지점의 오목부 (4) 는 모두, 바닥면 (24) 의 형상에 대해서는, 장변이 0.78 ㎜, 단변이 0.64 ㎜ 인 대략 직사각 형상이었다. 또, 오목부 (4) 의 측면 (25) 은 바닥면 (24) 에 대하여 대략 수직으로 형성되고, 그 높이는 상기 오버 코트 유리층 (9) 으로부터의 높이로서 0.1 ㎜ 였다. 발광 소자용 기판 (1) 에 있어서의 기체 주면 (21) 의 표면 거칠기 (Ra) 는, 토쿄 정밀사 제조의 사프콤 1400D 로 측정했을 때 0.01 ㎛ 인 것이 확인되었다. 또, 하부 프레임체 (3a) 의 내벽면 및 기체 주면 (21) 의 표면에 있어서의 헤이즈값을 헤이즈 미터 (닛폰 덴쇼쿠 공업 제조, NDH2000) 로 측정했을 때 100 % 였다.
상기에서 제작한 시험용의 발광 소자용 기판 (1) 의 4 지점의 탑재부 (22) 의 각각에 2 와이어 타입의 발광 다이오드 소자를 1 개씩 합계 4 개 탑재하여 발광 장치 (10) 를 제작하였다. 구체적으로는, 4 개의 발광 다이오드 소자 (11)(쇼와 전공사 제조, 상품명 : GQ2CR460Z, 사이즈 : 380 ㎛ × 240 ㎛, 높이 : 80 ㎛) 를 각각 다이 본드재 (신에츠 화학 공업사 제조, 상품명 : KER-3000-M2) 에 의하여 상기한 위치 (각 오목부에 대하여, 오목부 (4) 의 대략 중앙부로서, 오목부 (4) 의 장변과 발광 소자 (11) 의 장변이 동일 방향이 되는 위치) 에 고정시키고, 4 개의 발광 소자 (11) 가 갖는 전극과 1 쌍의 소자 접속 단자 (5) 를 본딩 와이어 (12) 를 개재하여 전기적으로 직렬로 접속하였다. 또한, 탑재된 발광 소자의 최고부의 높이는, 오목부 (4) 의 바닥면 (24) 의 오버 코트 유리층 (9) 에서 83 ㎛ 였다.
상기 발광 장치 (10) 에 있어서, 4 개의 오목부 (4) 는 어느 것에 대해서도, 하부 프레임체 (3a) 의 내벽면, 즉 오목부 (4) 의 측면 (25) 으로부터 발광 소자 (11) 의 단 가장자리와의 거리는, 발광 소자 (11) 의 사방에 걸쳐 약 200 ㎛ 였다.
또한, 봉지재 (신에츠 화학 공업사 제조, 상품명 : SCR-1016A) 를 사용하여 도 7 에 나타내는 봉지층 (13) 을 구성하도록 봉지하였다. 봉지재에는 형광체 (화성 오프토니크스사 제조, 상품명 P46-Y3) 를 봉지재에 대하여 17 질량% 함유한 것을 사용하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 2 에 있어서, 하부 프레임체 (3a) 를 배치 형성하지 않고 상부 프레임체 (3b) 를 그 프레임 높이 (오목부 바닥면 (24) 의 오버 코트 유리층 (9) 로부터의 높이) 를 0.45 ㎜ 로 변경하여 기체 (2) 의 주면 (21) 상에 배치 형성한 것 이외에는, 모두 실시예 2 와 동일하게 하여, 종래 구성의 발광 장치를 비교예 3 으로서 제작하였다
<평가>
상기 실시예 2 및 비교예 3 에서 얻어진 발광 장치에 대하여 상기 방법으로 전광속량과 열저항을 측정하였다.
결과를 표 2 에 나타낸다. 또한, 결과는 비교예 3 의 종래의 발광 장치에 있어서의 전광속량 및 열저항을 100 % 로 했을 때의 백분율로 나타내었다.
전광속량 (%) 열저항 (%)
비교예 3 100 100
실시예 2 118 100
산업상 이용가능성
본 발명의 발광 소자용 기판에 의하면, 간편한 구조이면서, 탑재되는 발광 소자로부터 광 취출 방향 이외로 방사되는 광을 기판 표면에서 광 취출 방향으로 효율적으로 반사시킬 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 광 취출 효율의 양호한 본 발명의 발광 소자용 기판을 사용함으로써 충분히 고휘도로 발광할 수 있는 발광 장치를 제공할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 발광 장치는, 예를 들어 휴대 전화나 대형 액정 디스플레이 등의 백라이트, 자동차용 혹은 장식용 조명, 그 밖의 광원으로서 바람직하게 사용할 수 있다.
1···발광 소자용 기판,
2···기체,
3···프레임체,
4···오목부,
5···소자 접속 단자,
6···외부 접속 단자,
7···관통 도체,
8···방열층,
9···오버 코트 유리층
10···발광 장치,
11···발광 소자,
12···본딩 와이어,
13···봉지층
21···기체 주면,
22···발광 소자 탑재부,
23···기체 이면,
24···오목부 바닥면,
25···오목부 측면

Claims (8)

  1. 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 1 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 대략 평판 형상의 기체와, 상기 기체의 상측 주면에 접합된 프레임체를 갖고,
    상기 기체의 상측 주면의 일부를 바닥면으로 하고 상기 프레임체의 내벽면을 측면으로 하여 형성되는 오목부의 바닥면에 발광 소자의 탑재부를 갖는 발광 소자용 기판으로서,
    상기 프레임체가, 확산 반사성을 갖는, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 2 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부의 측면이 그 오목부의 바닥면에 대하여 대략 수직으로 형성된, 발광 소자용 기판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로, 상기 기체가, 확산 반사성을 갖는, 유리 분말과 세라믹스 필러를 함유하는 제 2 유리 세라믹스 조성물의 소결체로 이루어지는, 발광 소자용 기판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유리 세라믹스 조성물이 함유하는 세라믹스 필러가 알루미나 분말과 지르코니아 분말의 혼합물인, 발광 소자용 기판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오목부의 측면과 그 오목부 바닥면의 탑재부 단 가장자리 사이의 거리가 그 탑재부의 전체 둘레에 걸쳐 대략 등간격이 되도록, 상기 프레임체가 상기 기체의 상측 주면에 접합된, 발광 소자용 기판.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 발광 소자를 탑재하기 위한 발광 소자용 기판으로서, 상기 프레임체가, 탑재되는 발광 소자마다 독립된 상기 오목부를 형성하는 형상으로 설계된, 발광 소자용 기판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발광 소자의 탑재부 사이에 위치하는 상기 프레임체의 높이가, 발광 소자가 탑재되었을 때의 발광 소자의 최고부와 동일한 높이 이상이고, 그 높이에 50 ㎛ 를 더한 높이 이하인, 발광 소자용 기판.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자용 기판과,
    상기 발광 소자용 기판에 탑재되는 발광 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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