KR20120108914A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20120108914A
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가츠요시 나카야마
도시히사 오카다
야스코 오사키
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

광반사율이 높고 또한 부식에 의한 반사율의 저하가 적은 광반사용 도전층을 구비하고, 광의 취출 효율이 향상되어 열방산성이 우수한 발광 장치를 제공한다.
하부 세라믹스층과 당해 하부 세라믹스층 면의 원하는 영역에 형성된 광반사용 도체층과 당해 광반사용 도체층의 적어도 일부 영역을 덮어 형성된 상부 세라믹스층을 갖는 세라믹스 기판과, 당해 세라믹스 기판의 상부 세라믹스층의 상측에 배치된 발광 소자를 구비한 발광 장치로서, 상기 상부 세라믹스층의 두께가 5 ? 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 발광 장치. 상기 상부 세라믹스층이, 질량% 표시로, 40 ? 60 % 의 유리 성분과 40 ? 60 % 의 세라믹스 필러 성분을 함유하는 유리-세라믹스로 구성되어 있는 상기 발광 장치.

Description

발광 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 다이오드 (이하, LED 라고 한다) 디바이스, 고휘도 광 다이오드 백라이트, 디스플레이에 관련된 광원, 자동차 조명, 장식 조명, 표지, 광고 조명, 및 정보 디스플레이 용도를 포함하는 조명 디바이스의 형성에 있어서의 발광 장치, 및 그것에 사용되는 실장 기판에 관한 것이다.
최근 LED 등 발광 장치의 고휘도화, 백색화에 수반하여, 휴대전화나 대형 액정 TV 등의 백라이트에, LED 를 사용한 발광 장치가 사용되게 되었다. LED 램프를 여러 가지 용도에 적용하기 위해서는 백색 발광을 얻는 것이 중요해진다.
LED 램프에서 백색 발광을 실현하는 방식으로는, 청, 녹 및 적의 각 색으로 발광하는 3 개의 LED 칩을 사용하는 방식, 청색 발광의 LED 칩과 황색 내지 등색 (橙色) 발광의 형광체를 조합하는 방식, 청색 발광의 LED 와 그 광에 의해 적, 녹을 여기하는 형광체를 조합하는 방법, 자외선 발광의 LED 칩과 청색, 녹색 및 적색 발광의 삼색 혼합 형광체를 조합하는 방법 등을 들 수 있다. LED 칩과 형광체를 조합하는 방식으로는, 형광체를 혼합한 에폭시 수지나 실리콘 수지 등의 투명 수지를 흘려 넣고, 이것을 고화시켜 형광체를 함유하는 수지층을 형성한 포탄형 구조가 알려져 있다. 또, 주면에 배선 패턴이 형성된 기판 상에 LED 칩을 실장하고, 추가로 이 기판 상에 투명 수지에 의한 봉지부를 형성한 구조가 알려져 있다.
LED 램프에 있어서는, 실장된 LED 칩 주위의 기판 상에, 은 등의 광반사층이 형성되어 있다. 그리고, 이 광반사층에 의하여, 기판측으로 방사되는 LED 칩으로부터의 발광이나, 형광체로부터 여기 발광되는 형광을 전방 (前方) 으로 반사시켜, 광의 취출 효율을 향상시키는 것이 행해지고 있다.
그러나, 은은 부식되기 쉽고, 방치하면 Ag2S 등 화합물이 생성되어 광반사율이 저하되기 쉽다. 그 때문에, 은 상에 수지 봉지층을 형성하여 반사율의 저하를 방지하고 있으나, 일반적인 봉지제로서 사용되는 에폭시 수지나 실리콘 수지에서는 봉지 성능이 낮아, 장기 신뢰성이 요구되는 제품에 사용할 수 없었다.
그래서, 은 도체층의 부식을 방지하기 위하여 은의 표면을 실리콘 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 등의 수지로 코트하는 방법 (특허문헌 1 참조) 이 제안되어 있다.
그러나, 수지로 코트해도 수지 중, 혹은 은 도체층과 수지의 계면으로부터 수분이나 부식성의 기체가 들어가기 쉬어, 시간 경과적으로 은 도체층이 부식되기 때문에 장기 신뢰성에 문제가 있었다.
일본 공개특허공보 2007-67116호
본 발명자는, 상기 문제를 해결하기 위하여 유리막을 사용하여 기판 표면의 은 도체층을 피복하는 방법을 시도 (일본 특허출원 2008-212591호) 했으나, 유리는 열전도율이 낮기 때문에 LED 가 발하는 열의 방열성이 열등하고, LED 의 발열량이 많은 경우에는 LED 에 걸리는 전압이 저하되어 발광 효율이 저하되고, LED 의 수명이 짧아지는 등의 문제가 발생되는 경우가 있었다.
본 발명은 광반사율이 높고 또한 부식에 의한 반사율의 저하가 적고, 광의 취출 효율이 향상된 발광 장치의 제공을 목적으로 한다.
또, 그러한 광반사층의 형성에 있어서 공정의 부하를 가능한 한 억제하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1 에 대응하는 발명은, 광반사용 도체층의 일부를 노출하도록 구멍부를 구비하고, 상기 광반사용 도체층을 내장하는 세라믹스 기판과, 이 세라믹스 기판 상에 상기 구멍부를 통하여 도통하도록 배치된 발광 소자를 갖는 발광 장치에 있어서, 상기 발광 소자 배치면과 상기 광반사용 도체층 사이의 상부 세라믹스층의 두께를 5 ? 100 ㎛ 로 하였다.
청구항 2 에 대응하는 발명은, 하부 세라믹스층과 당해 하부 세라믹스층 면의 원하는 영역에 형성된 광반사용 도체층과 당해 광반사용 도체층의 적어도 일부 영역을 덮어 형성된 상부 세라믹스층을 갖는 세라믹스 기판과, 당해 세라믹스 기판의 상부 세라믹스층의 상측에 배치된 발광 소자를 구비한 발광 장치로서, 상기 상부 세라믹스층의 두께는 5 ? 100 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.
청구항 3 에 대응하는 발명은, 청구항 2 에 대응하는 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 세라믹스 기판의 하부 세라믹스층의 상기 발광 소자와의 반대면에는 외부 전극 단자가 형성되어 있고, 당해 외부 전극 단자와 상기 광반사용 도체층은, 하부 세라믹스층에 관통하여 형성된 비아 도체를 통하여 도통되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4 에 대응하는 발명은, 청구항 1 ? 3 중 어느 것에 대응하는 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 발광 소자를 포함하도록 형성되고, 또한 상기 발광 소자로부터 방사되는 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 형광체를 함유하는 봉지 수지층을 갖는 것으로 하였다.
청구항 5 에 대응하는 발명은, 청구항 1 ? 4 중 어느 것에 대응하는 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 상부 세라믹스층을 백색으로 하였다.
청구항 6 에 대응하는 발명은, 청구항 1 ? 5 중 어느 것에 대응하는 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 상부 세라믹스층이 질량% 표시로, 40 ? 60 % 의 유리 성분과 40 ? 60 % 의 세라믹스 필러 성분을 함유하는 유리-세라믹스로 구성하였다.
청구항 7 에 대응하는 발명은, 청구항 6 에 대응하는 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 세라믹스 필러 성분을 알루미나로 하였다.
청구항 8 에 대응하는 발명은, 청구항 6 또는 청구항 7 에 대응하는 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 유리 성분이 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 62 ? 85 %, B2O3 을 5 ? 25 %, Al2O3 을 0 ? 5 %, Na2O 및 K2O 중 어느 1 종 이상을 합계로 0 ? 5 % 함유하고, SiO2 와 Al2O3 의 함유량의 합계가 62 ? 85 %, MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상을 함유하는 경우에 그 함유량의 합계가 10 % 이하인 유리로 하였다.
청구항 9 에 대응하는 발명은, 청구항 6 ? 청구항 8 중 어느 것에 대응하는 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 유리 성분이 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 78 ? 82 %, B2O3 을 16 ? 18 %, Na2O 및 K2O 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.9 ? 4 % 함유하는 것으로 하였다.
청구항 10 에 대응하는 발명은, 청구항 1 ? 청구항 9 중 어느 것에 대응하는 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 상부 세라믹스층은 85 ℃ 에서 pH 1.68 의 옥살산 용액 중에 1 시간 침지했을 때의 용출량이 100 ㎍/㎠ 이하인 유리-세라믹스로 이루어지는 것으로 하였다.
또, 본 발명의 발광 장치용 세라믹스 기판은, 발광 소자의 광을 반사하는 광반사용 도체층을 갖는 발광 장치용 세라믹스 기판에 있어서, 하부 세라믹스층과, 당해 하부 세라믹스층 상에 위치하는 광반사용 도체층과, 당해 광반사용 도체층 상 및 상기 하부 세라믹스층 상에 위치하는 상부 세라믹스층으로 구성되고, 상기 광반사용 도체층 상에 위치하는 상기 상부 세라믹스층에 개구공을 형성하였다. 그리고, 상기 상부 세라믹스층은 5 ? 100 ㎛ 의 두께가 바람직하다.
상기한 청구항 1 에 대응하는 발명에 있어서의 구멍부란, 세라믹스 기판에 내장된 광반사성 도체층의 일부를 노출시키도록 상부 세라믹스층에 형성한 개구공을 말한다. 상부 세라믹스층 상에는 발광 소자가 배치되고, 상기 구멍부에 있어서 발광 소자에 접속된 본딩 와이어가 광반사성 도체층을 도통시킨다.
본 발명자는, 광반사용 도체층을 보호하기 위하여, 광반사용 도체층을 세라믹스 기판에 내장함으로써, 반사율을 저하시키지 않고 방열성이 우수한 발광 장치를 실현하였다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「?」는 특별한 규정이 없는 한, 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용된다.
본 발명의 발광 장치는 기판 주면에 광반사율이 매우 높은 광반사용 도체층이 형성되어 있기 때문에, 기판측으로 방사되는 발광 소자로부터의 광을, 기판과 반대측의 개구 방향에 높은 반사율로 반사시킬 수 있다. 이로써 광의 취출 효율을 향상시키는 것이 가능해져 발광 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또, 발광 소자로부터의 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 형광체층을 갖고 있고, 이 형광체층으로부터 발광되는 가시광도 광반사용 도체층에 의해 기판과 반대측의 전방에 높은 반사율로 반사되므로, 형광체층으로부터 발광되는 가시광과 발광 소자로부터 방사되는 광과의 혼색 (混色) 에 의한 백색광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 광반사용 도체층 상에 광 흡수가 적은 유리-세라믹스로 구성된 상부 세라믹스층이 형성되어 있고, 이 층에 의해 하층의 광반사용 도체층이 화학적으로 보호되고 있다. 따라서, 광반사용 도체층의 부식이 방지되어 광반사율의 저하가 억제된다. 또, 상부 세라믹스층은 열전도율이 높고, LED 칩의 열방산 (熱放散) 을 저해하기 어려워, 발광 효율의 저하나 수명의 단축을 방지할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 사용되는 광반사용 도체층을 내장하는 세라믹 기판의 단면도의 일례이다.
도 2 는 본 발명의 발광 장치의 단면도의 일례이다.
도 3 은 광반사용 도체층 표면에 도금을 실시한 본 발명의 발광 장치의 단면도의 일례이다.
본 발명의 발광 장치에 있어서의 세라믹스 기판 (1) 은, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 상부 세라믹스층 (3) 과, 광반사 도체층 (2) 과, 하부 세라믹스층 (10) 으로 형성되어 있다. 그리고, 상부 세라믹층 (3) 의 상측에 발광 소자 (6) 가 배치되어 있다. 세라믹스 기판 (1) 의 하부 세라믹스층 (10) 의 발광 소자 (6) 와의 반대면에는 외부 전극 단자 (8) 가 형성되어 있고, 외부 전극 단자 (8) 와 광반사용 도체층 (2) 은 하부 세라믹스층 (10) 에 관통하여 형성된 비아 도체 (4) 를 통하여 도통되어 있다. 상기 상부 세라믹스층 (3) 의 원하는 부분에는 개구공 (11) 이 형성되고, 이 개구공 (11) 에 있어서 본딩 와이어 (7) 가 접속되고, 당해 본딩 와이어 (7) 를 통하여 발광 소자 (6) 와 광반사용 도체층 (2) 은 도통되어 있다. 도면에서 5 는 발광 소자 (6) 를 포함하고, 또한 상부 세라믹스층 (3) 과 광반사용 도체층 (2) 의 원하는 영역을 덮어 형성된 봉지 수지층이고, 이 봉지 수지층 (5) 에는 발광 소자로부터 방사되는 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 형광체가 함유되어 있다.
도 3 에 나타낸 예는, 광반사 도체층 (2) 이 노출된 표면, 즉 상부 세라믹스층 (3) 이 형성되지 않고, 상부 세라믹스층 (3) 에 개구공 (11) 이 형성되어 있는 부분에 대응하는 광반사 도체층 (2) 의 원하는 영역의 표면에 금 도금 층 (9) 을 형성하여, 광반사 도체층 (2) 의 변색에 의한 특성 열화를 방지한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기한 광반사용 도체층으로서 특히 우수한 것은, 도체로서 기능하고, 또한 광반사성도 우수한 은 도체이다. 이하, 광반사용 도체층을 은 도체층이라고 하는 경우가 있다. 이러한 은 도체층을 사용한 것을 대표예로 하여 이하에서 본 발명을 설명한다.
본 발명의 발광 장치는, 상기한 바와 같이, 은 도체층을 내장하는 세라믹스 기판 (이하, 본 발명의 기판으로 기재하는 경우가 있다) 과, 은 도체층과 도통시키도록 본 발명의 기판 상에 배치된 발광 소자를 갖는다. 여기서, 본 발명의 기판은 상부 세라믹스층과, 광반사 도체층과, 하부 세라믹스층으로 형성되어 있다.
본 발명의 기판은, 발광 소자가 탑재되는 평판 형상의 부재로서, 발광 소자로부터 하방으로 향하는 광, 즉, 도 2, 도 3 에서 화살표 A 방향을 향하는 광을 반사하기 위한 은 도체층을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판의 상부 세라믹스층은, 은 도체층을 부식 등으로부터 보호하기 위한 층으로서, 유리 성분과 세라믹스 필러 성분을 함유하는 것인 것이 바람직하다. 전형적으로는 LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) 기판 (저온 동시 소성 적층 세라믹스 기판) 이다. 본 발명의 기판의 상부 세라믹스층은, 유리 성분을 함유하기 때문에 봉지 성능이 높고, 내부의 은 도체층을 충분히 보호할 수 있다. 또, 세라믹스 필러 성분을 함유하기 때문에 열전도율이 높다. 또, 두께는 100 ㎛ 이하로 얇기 때문에 은 도체층에서 반사된 광이 잘 흡수되지 않아 높은 반사율을 얻을 수 있다.
본 발명의 기판에 있어서, 하부 세라믹스층을 구성하는 재료는, 은 도체 등이 베이킹되는 세라믹스이면 특별히 한정되지 않으나, 열전도율이나 방열성, 강도, 비용의 관점에서 상기한 LTCC 기판인 것이 바람직하다. LTCC 는 은 도체와의 동시 소성이 가능한 세라믹스로서, 본 발명의 기판을 구성하는 상부 세라믹스층과 하부 세라믹스층이 모두 LTCC 이면, 상부 세라믹스층과 하부 세라믹스층과 은 도체층이 일체화된 본 발명의 기판을 효율적으로 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 발광 소자는 LED 소자이고, 방사된 광에서 형광체를 여기하여 가시광을 발광시키는 타입의 것을 들 수 있다. 예를 들어, 청색 발광 타입의 LED 칩이나 자외 발광 타입의 LED 칩을 예시할 수 있다. 단, 이것들에 한정되는 것이 아니고, 발광 장치의 용도나 목적으로 하는 발광색 등에 따라서 여러 가지의 발광 소자를 사용할 수 있다.
발광 소자의 실장은, 예를 들어 LED 칩을 기판 상에 에폭시 수지나 실리콘 수지로 접착 (다이 본드) 함과 함께, 칩 상면의 전극을 금선 (金線) 등의 본딩 와이어를 통하여 세라믹 기판의 패드부에 접속하는 방법, 혹은 LED 칩의 이면에 형성된 땜납 범프, Au 범프, Au-Sn 공정 범프 등의 범프 전극을, 세라믹 기판의 리드 단자나 패드부에 플립 칩 접속하는 방법 등에 의해 행해진다.
형광체는, 발광 소자로부터 방사된 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하고, 이 가시광과 발광 소자로부터 방사되는 광의 혼색에 따라서, 혹은 형광체로부터 발광되는 가시광 또는 가시광 자체의 혼색에 따라서, 발광 장치로서 원하는 발광색을 얻는 것이다. 형광체의 종류는 특별히 한정되는 것이 아니고, 목적으로 하는 발광색이나 발광 소자로부터 방사되는 광 등에 의해서 적절히 선택된다. 이와 같은 형광체를 함유하는 형광체층은, 형광체를 실리콘 수지나 에폭시 수지와 같은 투명 수지에 혼합?분산시킴으로써 형성된다. 형광체층은 발광 소자의 외측을 덮도록 형성된다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이것들에 한정되지 않는다.
본 발명의 기판의 하부 세라믹스층은 은 도체층과 그것을 보호하는 상부 세라믹스층 (절연층) 을 형성할 수 있으면 특별히 한정되지 않으나, 이하에서는 본 발명의 기판 전체가 LTCC 기판인 경우에 대해서 설명한다.
LTCC 기판은, 은 도체층과 동시에 소성하여 제조할 수 있는 기판이다. LTCC 기판은 통상적으로, 유리 분말과 세라믹스 필러 분말을 그린 시트로 하여 소성함으로써 제조된다. 즉, 먼저 유리 분말과 알루미나 분말과, 폴리비닐부티랄이나 아크릴 수지 등의 수지와, 프탈산 디부틸, 프탈산 디옥틸, 프탈산 부틸벤질 등의 가소제와, 톨루엔, 자일렌, 부탄올 등의 용제와, 분산제 등을 첨가하여 슬러리로 하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 필름 상에 독터 블레이드법 등에 의해 이 슬러리를 시트 형상으로 성형한다. 이 시트 형상으로 성형된 것을 건조시키고 용제를 제거하여 그린 시트로 한다. 이들 그린 시트에는 필요에 따라서, 은 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄 등에 의해 배선 패턴이나 비아 등이 형성되고, 통상적으로는 복수 장을 적층하여 소성된다.
본 발명의 기판을 LTCC 로 형성하는 방법은 한정되지 않으나, 이후에 하부 세라믹스층이 되는 그린 시트 상에 은 페이스트를 사용하여 은 도체층이 되는 은 도체를 인쇄한 후, 상부 세라믹스층이 되는 다른 그린 시트를 적층하여 소성하는 방법, 은 도체를 인쇄한 하부 세라믹스층이 되는 그린 시트 상에, 상부 세라믹스층이 되는 유리-세라믹스 페이스트를 인쇄하여 소성하는 방법, 그린 시트 상에 은 페이스트를 사용하여 은 도체를 인쇄하고, 소성한 후에 상부 세라믹스층을 형성하는 유리-세라믹스 페이스트를 인쇄하여 소성하는 방법이 있다.
그린 시트는, 원하는 형상으로 가공되고 소성되어 기판이 된다. 이 경우, 피소성체는 1 장 또는 복수 장의 동일한 그린 시트를 중첩한 것이다. 상기 소성은 전형적으로는 850 ? 900 ℃ 로 20 ? 60 분간 유지하여 행해진다. 보다 전형적으로는 소성 온도 860 ? 880 ℃ 로 유지되어 행해진다.
또한, 은 도체층을 형성하는 경우, 소성 온도는 880 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 880 ℃ 초과에서는 소성시에 은 또는 은 함유 도체가 연화되어 도체 패턴의 형상을 유지할 수 없게 될 우려가 있다. 보다 바람직하게는 870 ℃ 이하이다.
상부 세라믹스층의 두께는 5 ? 100 ㎛ 인 것이 바람직하다. 5 ㎛ 미만에서는 은 도체층 표면의 거칠기 때문에, 발광 소자를 배치할 때에 발광 소자가 경사지기 쉬워 광 취출 효율이 나빠질 우려가 있다. 100 ㎛ 초과에서는 발광 소자의 방열성을 저해하여 발광 효율이 저하되어 버릴 우려가 있다. 또는, 광이 흡수되고, 반사율이 저하됨으로써 광의 취출 효율이 나빠질 우려가 있다.
본 발명의 기판의 상부 세라믹스층은 유리 성분과 세라믹스 필러 성분으로 이루어지는 유리-세라믹스로 구성되는 것이 바람직하다. 그 비율은 세라믹스 필러 성분이 40 ? 60 질량% 이고, 나머지는 유리 성분이다. 후술하는 본 발명의 유리와 세라믹 필러 성분을 이 비율로 갖는 유리-세라믹스를, 이하에서 제 1 유리-세라믹스라고 한다.
상기 세라믹스 필러는 열전도를 향상시키는 목적에서 혼합되는 것으로서, 열전도율이 높고 가시광역에서 광흡수가 적은 재료가 바람직하다. 전형적으로는 알루미나가 사용된다. 혼합량은 유리 성분과 세라믹스 필러 성분의 합량 (合量) 을 100 으로 했을 경우, 40 ? 60 질량% 이다. 40 % 미만에서는 열전도율이 오르지 않아, 열방산성에 대한 효과가 작다. 60 % 초과에서는 소결성을 저해해 버려, 은 도체층의 보호가 불충분해질 우려가 있다.
본 발명의 기판의 상부 세라믹스층은 광의 흡수가 적은 것인 것이 바람직하고, 백색인 것이 바람직하다.
본 발명의 기판의 상부 세라믹스층은, 예를 들어 제 1 유리-세라믹스를 페이스트화하여 스크린 인쇄하고, 소성하여 형성된다. 또는 제 1 유리-세라믹스를 그린 시트로 하고, 소성하여 형성된다. 그러나, 전형적으로는 5 ? 100 ㎛ 두께의 것을 평탄하게 형성할 수 있는 방법이면 특별히 한정되는 것은 아니다.
제 1 유리-세라믹스에 함유되는 유리 성분은, 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 62 ? 85 %, B2O3 을 5 ? 25 %, Al2O3 을 0 ? 5 %, Na2O 및 K2O 중 어느 1 종 이상을 합계로 0 ? 5 % 함유하고, SiO2 와 Al2O3 의 함유량의 합계가 62 ? 85 %, MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상을 함유하는 경우에 그 함유량의 합계가 10 % 이하의 유리 (이하, 본 발명의 유리라고 한다) 인 것이 바람직하다.
본 발명의 유리는 용융법에 의해 얻어지고, 분쇄하여 유리 분말이 된다. 분쇄 방법은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 것이면 한정되지 않고, 건식 분쇄이든 습식 분쇄이든 적절히 채용할 수 있다. 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 따라 건조되고, 분급된다.
알루미나의 입도나 형상 등은 특별히 한정되지 않으나, 전형적으로는 평균 입경 D50 이 1 ? 5 ㎛ 인 것이 사용된다. 그러한 알루미나로서 예를 들어 쇼와 전공사 제조의 AL-47H 를 들 수 있다. 본 명세서에서의 평균 입경 D50 은, 레이저 회절/산란식 입도 분포 측정 장치를 사용하여 측정한 것을 말한다.
광반사용 도체층은 은 도체로 이루어지는 것이 바람직하고, 또 은 합금 도체로 이루어지는 것이어도 바람직하다. 은 도체 이외의 재료로는, 은-팔라듐 합금, 은-백금 합금 등을 들 수 있다. 광반사용 도체층의 반사율을 더욱 높인다는 관점에서 다른 무기 성분을 함유하지 않는 것인 것이 바람직하다.
본 발명의 기판의 하부 세라믹스층을 LTCC 로 구성하는 경우, 하부 세라믹스층을 구성하는 제 2 유리-세라믹스와, 상부 세라믹스층을 구성하는 제 1 유리-세라믹스는 동일한 조성이어도 된다.
또, 본 발명의 유리는, 하부 세라믹스층을 형성하기 위한 유리로서 선정된 유리에도 바람직하게 사용할 수 있다. LTCC 기판의 강도를 높이기 위해서는, 하부 세라믹스층을 형성하는 제 2 유리-세라믹스에 사용되는 유리의 조성으로서, 예를 들어 몰% 표시로, SiO2 가 57 ? 65 %, B2O3 이 13 ? 18 %, Al2O3 이 3 ? 8 %, CaO 가 9 ? 23 %, K2O 및 Na2O 중 적어도 일방을 0.5 ? 6 % 함유하는 것이 바람직하다. 또 세라믹스 필러는 전형적으로는 알루미나이다.
이 경우에 있어서, 유리 분말과 알루미나 분말의 배합 비율은 전형적으로는 유리 분말 40 질량%, 알루미나 필러 60 질량% 이다.
다음으로 본 발명의 유리에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는 특별히 언급하지 않는 한 조성은 몰% 표시로 하고, 간단히 % 로 표기한다.
SiO2 는 유리의 네트워크 포머로서 필수이다. 62 % 미만에서는 은 발색이 쉽게 발생되어 기판의 반사율이 저하될 우려가 있다. 바람직하게는 64 % 이상이고, 더욱 바람직하게는 74 % 이상이다. 85 % 초과에서는 유리 용융 온도가 높아지거나, 또는 유리의 연화 온도 (Ts) 가 높아져, 필요한 소성 온도가 높아지는 경우가 있다. 바람직하게는 84 % 이하이고, 더욱 바람직하게는 82 % 이하이다.
B2O3 은 유리의 네트워크 포머로서 필수이다. 5 % 미만에서는 유리 용융 온도가 높아지거나, 또는 Ts 가 지나치게 높아질 우려가 있다. 바람직하게는 10 % 이상이고, 더욱 바람직하게는 12 % 이상이다. 25 % 초과에서는 안정된 유리를 얻기 어려워지거나, 또는 화학적 내구성이 저하될 우려가 있다. 바람직하게는 22 % 이하이고, 더욱 바람직하게는 18 % 이하이다.
Al2O3 은 필수는 아니지만, 유리의 안정성 또는 화학적 내구성을 높이기 위하여 5 % 이하의 범위에서 함유해도 된다. 5 % 초과에서는 은 도체 상에서 소성했을 때 황색 발색 (은 발색) 이 발생되기 쉽다. 바람직하게는 1 % 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.5 % 이하이다.
또 SiO2 와 Al2O3 의 함유량의 합계는 62 ? 85 % 이다. 62 % 미만이면 화학적 내구성이 불충분해질 우려가 있다. 바람직하게는 64 % 이상이고, 더욱 바람직하게는 74 % 이상이다. 85 % 초과이면 유리 용융 온도가 높아지거나, 또는 Ts 가 지나치게 높아져, 저온에서의 소성이 곤란해질 우려가 있다. 바람직하게는 84 % 이하이고, 더욱 바람직하게는 82 % 이하이다.
Na2O 및 K2O 는 필수는 아니지만, Ts 를 저하시키는 성분으로서, 합계로 5 % 까지 함유할 수 있다. 5 % 초과에서는 화학적 내구성, 특히 내산성이 악화될 우려가 있거나, 또는 소성체의 전기 절연성이 저하될 우려가 있다. 바람직하게는 4 % 이하이고, 더욱 바람직하게는 3 % 이하이다. 또, 0.9 % 이상 함유하는 것이 바람직하다.
MgO, CaO, SrO, BaO 는 모두 필수는 아니지만, Ts 를 저하시키거나, 또는 유리를 안정화시키기 위하여 합계로 10 % 까지 함유해도 된다. 10 % 초과이면 은 발색이 쉽게 발생된다. 바람직하게는 합계로 7 % 이하이고, 더욱 바람직하게는 합계로 5 % 이하이다.
본 발명의 유리는 본질적으로 상기 성분으로 이루어지나, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 그 밖의 성분을 함유해도 된다. 그러한 성분을 함유하는 경우, 이들 성분의 함유량 합계는 10 % 이하인 것이 바람직하다. 단, 납산화물은 함유하지 않는다.
상부 세라믹스층의 내산성을 보다 높이고자 하는 경우에는, 본 발명의 유리는 SiO2 를 78 ? 82 %, B2O3 을 16 ? 18 %, Na2O 및 K2O 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.9 ? 4 % 함유하고, Al2O3 의 함유량이 0.5 % 이하, CaO 의 함유량이 1 % 이하의 유리 (이하, 본 발명의 유리 A 라고 한다) 인 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명의 유리 A 의 조성에 대해서 설명한다. 본 발명의 유리 A 는 본 발명의 유리로서, 특히 상부 세라믹스층에 의해 광반사용 도체층의 반사 성능이 저해되지 않도록 하고, 반사율을 높이고자 하는 경우에 바람직한 유리이다.
SiO2 는 유리의 네트워크 포머로서 필수이다. 78 % 미만에서는 화학적 내구성이 저하된다. 바람직하게는 80 % 이상이다. 82 % 초과에서는 유리 용융 온도가 높아지거나, 또는 Ts 가 지나치게 높아질 우려가 있다.
B2O3 은 유리의 네트워크 포머로서 필수이다. 16 % 미만에서는 유리 용융 온도가 높아지거나, 또는 Ts 가 지나치게 높아질 우려가 있고, 18 % 초과에서는 안정된 유리를 얻기 어려워지거나, 또는 화학적 내구성이 저하될 우려가 있다. 바람직하게는 17 % 이하이다.
Al2O3 은 필수는 아니지만, 유리의 안정성 또는 화학적 내구성을 높이기 위하여 0.5 % 이하의 범위에서 함유해도 된다. 0.5 % 초과에서는 유리 용융 온도가 높아지거나, 또는 Ts 가 지나치게 높아진다.
Na2O 및 K2O 는 Ts 를 저하시키는 성분으로서, 적어도 어느 일방을 함유하는 것이 바람직하다. 그 합계가 0.9 % 미만에서는, 유리 용융 온도가 높아지거나, 또는 Ts 가 지나치게 높아질 우려가 있고, 바람직하게는 1.0 % 이상, 보다 바람직하게는 1.5 % 이상이다. 4 % 초과에서는 화학적 내구성, 특히 내산성이 악화될 우려가 있거나, 또는 소성체의 전기 절연성이 저하될 우려가 있다. 바람직하게는 3 % 이하, 보다 바람직하게는 2 % 이하이다.
CaO 는 필수는 아니지만, Ts 를 저하시키거나, 또는 유리를 안정화시키기 위하여 1 % 이하의 범위에서 함유해도 된다. 1 % 초과에서는 유리 용융 온도가 지나치게 낮아지거나, 또는 결정화를 촉진시켜 투명한 유리층을 얻을 수 없다. 바람직하게는 0.6 % 이하이다.
본 발명의 유리 A 는 본질적으로 상기 성분으로 이루어지나, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 그 밖의 성분을 함유해도 된다. 그러한 성분을 함유하는 경우, 이들 성분의 함유량의 합계는 10 % 이하인 것이 바람직하다. 단, 납산화물은 함유하지 않는다.
실시예
이하의 방법에 의하여, 하부 세라믹층 형성용의 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 % 의 조성이 되도록 유리 원료를 조합 (調合), 혼합하고, 이 혼합된 원료를 백금 도가니에 넣어 1550 ? 1600 ℃ 에서 60 분간 용융 후, 용융 유리를 흘려내어 냉각시켰다. 얻어진 유리를, 알루미나제 볼 밀을 사용하여 에틸알코올 중에서 20 ? 60 시간 분쇄하여 유리 분말로 하였다. 분말의 D50 을 시마즈 제작소사 제조 SALD2100 을 사용하여 측정한 바 2.5 ㎛ 였다. 연화점 Ts (단위 : ℃), 결정화 피크 온도 Tc (단위 : ℃) 를 브루카-AXS사 제조 열분석 장치 TG-DTA2000 을 사용하여 승온 속도 10 ℃/분의 조건에서 1000 ℃ 까지 측정한 바, Ts 는 불명료하고 Tc 는 850 ℃ 였다.
질량% 표시로, 상기 유리 분말 40 % 와 쇼와 전공사 제조 알루미나 분말 AL-45H 를 60 % 의 비율로 혼합한 분말 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, 수지 (덴카사 제조 폴리비닐부티랄 PVK#3000K) 5 g 과 분산제 (빅케미사 제조 DISPERBYK180) 를 혼합하여 슬러리로 하였다. 이 슬러리를 PET 필름 상에 독터 블레이드법을 사용하여 도포하고, 건조시켜 두께가 0.2 ㎜ 인 하부 세라믹층 형성용의 그린 시트를 얻었다. 예 1 ? 예 18 에 대하여, 이 그린 시트를 사용하여 하부 세라믹스층을 형성하였다.
(예 1 ? 예 18)
이하의 방법에 의하여, 상부 세라믹층 형성용의 유리-세라믹스 페이스트를 제작하였다. 즉, 표 1 ? 표 3 의 각 예대로, SiO2 에서 ZrO2 까지의 란에 몰% 로 나타내는 조성이 되도록 각각 원료를 조합, 혼합하고, 각각의 혼합된 원료를 백금 도가니에 넣어 1550 ? 1600 ℃ 에서 60 분간 용융 후, 용융 유리를 흘려내어 냉각시켰다. 얻어진 유리를, 알루미나제 볼 밀을 사용하여 에틸알코올 중에서 20 ? 60 시간 분쇄하고, 상기와 동일하게 하여 유리 분말을 얻었다. 얻어진 각 유리 분말의 D50 (단위 : ㎛) 을 시마즈 제작소사 제조 SALD2100 을 사용하여 측정하였다. 또, 연화점 Ts (단위 : ℃), 결정화 피크 온도 Tc (단위 : ℃) 를 브루카-AXS사 제조 열분석 장치 TG-DTA2000 을 사용하여 승온 속도 10 ℃/분의 조건에서 1000 ℃ 까지 측정하였다. 각 조성의 유리 분말에 대해서 측정된 D50 (단위 : ㎛), 연화점 Ts (단위 : ℃), 결정화 피크 온도 (Tc 단위 : ℃) 의 각각의 값을 표 1 ? 표 3 의 각 란에 나타낸다. Ts 의 란에 「불명료」라고 기재한 것은 Ts 를 나타내는 변곡점이 불명료했던 것이다. Tc 의 란에 「∞」이라고 기재한 것은, 1000 ℃ 까지 결정 피크가 확인되지 않았던 것이다.
각 유리 분말과 알루미나 분말 AL-45H 를 혼합하여, 알루미나 분말의 함유량이 표 1 ? 표 3 의 필러 첨가량 란에 질량% 로 나타낸 비율이 되는 유리-세라믹스 혼합 분말을 얻었다. 질량% 표시로, 각 혼합 분말을 60 %, 에틸셀룰로오스와 α터피네올을 질량비 85 : 15 비율로 조합한 유기 비히클을 40 % 로 한 것에 대해서 자기 유발 중에서 1 시간 혼련하고, 추가로 3 본 롤로 3 회 분산하여 유리-세라믹스 페이스트를 제작하였다. 예 1 ? 예 11 은 본 발명의 유리-세라믹스의 예이다. 또, 예 1 ? 예 7 은 본 발명의 유리를 사용한 본 발명의 유리-세라믹스의 예이다.
(세라믹스 기판의 제작 및 그 평가)
은 분말 (다이켄 화학 공업사 제조 S400-2) 과, 상기 유기 비히클을 질량비85 : 15 비율로 조합하고, 자기 유발 중에서 1 시간 혼련하고, 또한 3 본 롤 밀을 사용하고 분산시켜 은 페이스트를 제작하였다.
하부 세라믹층 형성용의 그린 시트를 6 장 적층한 후에, 상기 은 페이스트를 인쇄하고, 건조 후, 예 1 ? 예 18 의 상부 세라믹층 형성용의 각 유리-세라믹스 페이스트를 은 페이스트 상에 인쇄하고, 이것을 550 ℃ 로 5 시간 유지하여 수지 성분을 분해 제거한 후, 870 ℃ 로 30 분 유지하여 소성하고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 하부 세라믹스층 (10) 과 은 도전체층 (2) 과 상부 세라믹스층이 적층되고, 은 도체층 (2) 이 그 단부까지 내장된 세라믹스 기판 (LTCC 기판) (1) 을 얻었다.
각 LTCC 기판 (1) 의 주면의 반사율을 오션 옵틱스사의 분광기 USB2000 과 소형 적분구 ISP-RF 를 사용하여 측정하고, 가시광역의 400 ? 800 ㎚ 의 평균값을 반사율 (단위 : %) 로 하여 산출하였다. 결과를 표 1 ? 표 3 에 나타낸다. 반사율은 90 % 이상이 바람직하고, 높을수록 바람직하다.
또, 상부 세라믹스층의 내산성을 이하의 방법으로 평가하였다. 즉, 상기 유리-세라믹스 혼합 분말 4 g 을 금형으로 프레스하여 소성함으로써 직경 14 ㎜, 높이 1.5 ㎝ 정도의 소결체를 얻은 후, 그 소결체를, 온도 85 ℃ 의 pH 1.68 옥살산염 완충액 700 ㎤ 중에 침지하여 1 시간 경과 후의 질량 감소량을 측정하였다. 또한, 침지 후의 질량은 100 ℃ 에서 1 시간 건조시켜 행하였다. 소성체의 단위 표면적당 질량 감소량 (단위 : ㎍/㎠) 을 표 1 ? 표 3 의 내산성의 란에 나타낸다. 내산성은 100 ㎍/㎠ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 ㎍/㎠ 이하이다. 100 ㎍/㎠ 초과에서는 도금 용액 중에 유리 중의 성분이 용출되어 연속 운전을 할 수 없게 되거나, 상부 세라믹스층을 침식하여 광의 흡수를 증가시키거나 할 우려가 있다.
열방산성은 미네코온 전기 주식회사 제조의 열저항 측정기 (형식 : TH-2167) 를 사용하여 측정하였다. LED 칩은 쇼와 전공 주식회사의 GQ2CR460Z 를 4 개 직렬로 접속하고, 다이 본드재는 신에츠 화학 공업 주식회사의 KER-3000-M2 를 사용하였다. 봉지제는 신에츠 화학 공업 주식회사의 SCR-1016A 를 사용하였다. 인가 전류는 35 ㎃ 로 하고, 전압 강하가 포화되는 시간까지 통전하고, 강하된 전압을 LED 칩의 온도-전압 강하 특성에서 유도한 온도 계수에 의해 포화 온도 Tj (℃) 를 산출하였다. 포화 온도는 50 ℃ 미만이 바람직하고, 보다 바람직하게는 45 ℃ 이하이다. 50 ℃ 보다 높으면 전압 강하가 커져 LED 칩의 광 취출 효율이 나빠지거나, 수명을 저하시키거나 할 우려가 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 광반사율이 높고 또한 부식에 의한 반사율의 저하가 적고, 광의 취출 효율이 향상된 발광 장치를 얻을 수 있고, 이러한 발광 장치는 휴대 전화나 대형 액정 TV 등의 백라이트, 각종 조명 기기 등에 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 2009년 6월 23일에 출원된 일본 특허출원 2009-148577호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 개시로서 받아들이는 것이다.
1 : 세라믹스 기판 (LTCC 기판),
2 : 광반사용 도체층 (은 도체층, 도체층),
3 : 상부 세라믹스층,
4 : 비아 도체,
5 : 봉지 수지층 (형광체 함유),
6 : 발광 소자,
7 : 본딩 와이어,
8 : 외부 전극 단자,
9 : 금 도금,
10 : 하부 세라믹스층,
11 : 개구공

Claims (14)

  1. 광반사용 도체층의 일부를 노출하도록 구멍부를 구비하고, 상기 광반사용 도체층을 내장하는 세라믹스 기판과, 상기 세라믹스 기판 상에 상기 구멍부를 개재하여 도통하도록 배치된 발광 소자를 갖는 발광 장치로서,
    상기 발광 소자 배치면과 상기 광반사용 도체층 사이의 상부 세라믹스층의 두께가 5 ? 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 발광 장치.
  2. 하부 세라믹스층과 상기 하부 세라믹스층 면의 원하는 영역에 형성된 광반사용 도체층과 상기 광반사용 도체층의 적어도 일부 영역을 덮어 형성된 상부 세라믹스층을 갖는 세라믹스 기판과, 상기 세라믹스 기판의 상기 상부 세라믹스층의 상측에 배치된 발광 소자를 구비한 발광 장치로서,
    상기 상부 세라믹스층의 두께가 5 ? 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 발광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 세라믹스 기판의 상기 하부 세라믹스층의 상기 발광 소자와의 반대면에는 외부 전극 단자가 형성되어 있고, 상기 외부 전극 단자와 상기 광반사용 도체층은, 상기 하부 세라믹스층에 관통하여 형성된 비아 도체를 통하여 도통되어 있는 것을 특징으로 하는, 발광 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 소자를 포함하도록 형성되고, 또한 상기 발광 소자로부터 방사되는 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 형광체를 함유하는 봉지 수지층을 갖는, 발광 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 세라믹스층이 백색인, 발광 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 세라믹스층이, 질량% 표시로, 40 ? 60 % 의 유리 성분과 40 ? 60 % 의 세라믹스 필러 성분을 함유하는 유리-세라믹스로 구성되어 있는, 발광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세라믹스 필러 성분이 알루미나인, 발광 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 유리 성분이 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 62 ? 85 %, B2O3 을 5 ? 25 %, Al2O3 을 0 ? 5 %, Na2O 및 K2O 중 어느 1 종 이상을 합계로 0 ? 5 % 함유하고, SiO2 와 Al2O3 의 함유량의 합계가 62 ? 85 %, MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상을 함유하는 경우에는 그 함유량의 합계가 10 % 이하의 유리인, 발광 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 성분이 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 78 ? 82 %, B2O3 을 16 ? 18 %, Na2O 및 K2O 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.9 ? 4 % 함유하는, 발광 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 세라믹스층은, 85 ℃ 에서 pH 1.68 의 옥살산 용액 중에 1 시간 침지했을 때의 용출량이 100 ㎍/㎠ 이하인 유리-세라믹스로 이루어지는, 발광 장치.
  11. 발광 소자의 광을 반사하는 광반사용 도체층을 갖는 발광 장치용 세라믹스 기판으로서,
    하부 세라믹스층과, 상기 하부 세라믹스층 상에 위치하는 광반사용 도체층과, 상기 광반사용 도체층 상 및 상기 하부 세라믹스층 상에 위치하는 상부 세라믹스층으로 구성되고, 상기 광반사용 도체층 상에 위치하는 상기 상부 세라믹스층에 개구공을 형성한, 발광 장치용 세라믹스 기판.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 세라믹스층의 두께가 5 ㎛ ? 100 ㎛ 인, 발광 장치용 세라믹스 기판.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 상부 세라믹스층 및 상기 하부 세라믹스층이, 질량% 표시로, 40 ? 60 % 의 유리 성분과 40 ? 60 % 의 세라믹스 필러 성분을 함유하는 유리-세라믹스로 구성되는, 발광 장치용 세라믹스 기판.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유리 성분이 산화물 기준의 몰% 표시로, SiO2 를 62 ? 85 %, B2O3 을 5 ? 25 %, Al2O3 을 0 ? 5 %, Na2O 및 K2O 중 어느 1 종 이상을 합계로 0 ? 5 % 함유하고, SiO2 와 Al2O3 의 함유량의 합계가 62 ? 85 %, MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상을 함유하는 경우에 그 함유량의 합계가 10 % 이하의 유리인, 발광 장치용 세라믹스 기판.
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