WO2013108547A1 - Led発光素子用反射基板およびledパッケージ - Google Patents

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WO2013108547A1
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reflective
metal
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堀田 吉則
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a reflective substrate for an LED light emitting element used in a light emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) package.
  • LED light emitting diode
  • LEDs are said to have a power consumption of 1/100 and a lifespan of 40 times (40000 hours) compared to fluorescent lamps.
  • Such a feature of power saving and long life is an important factor in adopting LEDs in an environment-oriented flow.
  • white LEDs are excellent in color rendering properties and have a merit that a power supply circuit is simpler than fluorescent lamps, and therefore, expectations for light sources for illumination are increasing.
  • white LEDs (30 to 150 Lm / W) with high luminous efficiency, which are required as illumination light sources, have appeared one after another. is doing.
  • the flow of practical use of white LEDs instead of fluorescent lamps has increased rapidly, and the number of cases in which white LEDs are employed as backlights or illumination light sources for liquid crystal display devices is increasing.
  • Patent Document 1 discloses that “at least a light reflecting substrate having an insulating layer and a metal layer provided in contact with the insulating layer has a wavelength of more than 320 nm to 700 nm.
  • a light-reflecting substrate having a reflectance of 50% or more and a total reflectance of light having a wavelength of 300 to 320 nm of 60% or more is disclosed.
  • the surface of the light reflecting substrate has irregularities with an average wavelength of 0.01 to 100 ⁇ m ([Claim 2]).
  • Patent Document 2 states that “an insulating substrate having an aluminum substrate and an insulating layer provided on the surface of the aluminum substrate, wherein the insulating layer is an anodized film of aluminum and constitutes the insulating layer.
  • the content of elements other than aluminum and oxygen is 20 atomic% or less
  • the surface of the aluminum substrate has a large wave structure with an average wavelength of 5 to 100 ⁇ m and / or a medium wave with an average aperture diameter of 0.7 to 5 ⁇ m.
  • An insulating substrate having a shape of a structure is disclosed ([Claim 1] and [Claim 3]).
  • Patent Document 3 states that “an insulating substrate having a metal substrate and an insulating layer provided on the surface of the metal substrate, wherein the metal substrate is a valve metal substrate, and the insulating layer is an anode of a valve metal.
  • An insulating substrate in which the porosity of the anodized film is 30% or less is disclosed ([Claim 1]), and the surface of the anodized film has an average pitch of 0.5 ⁇ m or less.
  • corrugation whose average diameter is 1 micrometer or more is also disclosed ([Claim 2]).
  • the present inventor has high reflectance and good light emission efficiency, but depending on the surface shape of the substrate, the metal wiring provided together with the LED light emitting element It was clarified that the formability (particularly linearity and adhesion) of the film may be inferior.
  • an object of the present invention is to provide a reflective substrate for an LED light-emitting element and an LED package that maintain high luminous efficiency and have excellent wiring formability.
  • the present inventor maintains high luminous efficiency by using a reflective substrate having a surface in which the arithmetic average roughness Ra and the average interval Psm of the unevenness are within a specific range. And it discovered that it was excellent also in wiring formability, and completed this invention. That is, the present invention provides the following (1) to (4).
  • a LED light emitting element reflective substrate having a surface on which the LED light emitting element is mounted, LED light emitting element having an arithmetic average roughness Ra of 0.01 to 0.20 ⁇ m and an average unevenness interval Psm of 10 to 20 ⁇ m on at least a surface other than a portion where the LED light emitting element is mounted Reflective substrate.
  • the surface is the surface of the reflective layer provided on the metal substrate, The reflective substrate for an LED light-emitting element according to (1), wherein the reflective layer is formed using inorganic particles having an average particle diameter of 0.1 to 5 ⁇ m.
  • An LED package having the reflective substrate for an LED light-emitting element according to any one of (1) to (3) and an LED light-emitting element mounted on the surface.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of a reflective substrate for an LED light emitting device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of another preferred embodiment of the reflective substrate for an LED light emitting device of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of the LED package of the present invention.
  • the reflective substrate for an LED light-emitting element of the present invention (hereinafter simply referred to as “the reflective substrate of the present invention”) is a reflective substrate for an LED light-emitting element having a surface on which the LED light-emitting element is mounted.
  • the surface other than the portion where the LED light emitting element is mounted has an arithmetic average roughness Ra (hereinafter also simply referred to as “Ra”) of 0.01 to 0.20 ⁇ m, and an average interval Psm (hereinafter referred to as unevenness).
  • Ra arithmetic average roughness
  • Psm an average interval
  • Psm is a reflective substrate having a thickness of 10 to 20 ⁇ m.
  • the “surface on which the LED light emitting element is mounted” means the surface of the part where the LED light emitting element is mounted (hereinafter also referred to as “surface (mounting region)”) and the part other than the part where the LED light emitting element is mounted.
  • a surface including a surface hereinafter also referred to as “surface (non-mounting region)”.
  • Ra and Psm refer to surface property parameters described in JIS B0601: 2001, respectively. In the present invention, both are stylus type surface roughness meters (for example, SURFCOM 480A, ACCRETECH). (Manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.).
  • Ra of the surface (non-mounting region) is 0.01 to 0.20 ⁇ m, and preferably 0.10 to 0.15 ⁇ m.
  • the wiring formability is good. This is probably because the material of the wiring layer (for example, silver nanoparticle ink) is suppressed from bleeding.
  • Psm of the surface (non-mounting region) is 10 to 20 ⁇ m, preferably 10 to 15 ⁇ m.
  • the wiring formability particularly adhesion
  • the reflectance is increased, and high luminous efficiency can be maintained.
  • This is considered to function as an anchor when the average length of the cross-sectional curve element expressed by Psm matches the wiring size.
  • a frame body for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-207678 joined so as to surround the surface (mounting region) or the LED light-emitting element because the reflectance becomes higher and higher light emission efficiency can be maintained.
  • Ra and Psm of the surface (hereinafter also referred to as “frame body surface”) of the gazette are preferably in the numerical ranges described above.
  • the surface (non-mounting region) and the surface (mounting region) of the reflective substrate 1 of the present invention are constituted by the surface of the reflective layer 3 provided on the metal substrate 2. Also good.
  • reference numeral 4 indicates inorganic particles described later, and reference numeral 5 indicates an inorganic binder described later.
  • the metal that is the material of the metal substrate is not particularly limited, and specific examples thereof include aluminum, tantalum, niobium, titanium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, and the like.
  • the metal substrate is preferably an aluminum substrate, which will be described in detail below, because it is excellent in workability and strength.
  • Al substrate As the aluminum substrate, a known aluminum substrate can be used. In addition to a pure aluminum substrate, an alloy plate containing aluminum as a main component and a trace amount of foreign elements; high purity aluminum is used for low purity aluminum (for example, recycled material).
  • a vapor-deposited substrate a substrate in which a surface of silicon wafer, quartz, glass or the like is coated with high-purity aluminum by a method such as vapor deposition or sputtering; a resin substrate laminated with aluminum;
  • the foreign elements that may be included in the alloy plate include silicon, iron, copper, manganese, magnesium, chromium, zinc, bismuth, nickel, titanium, etc., and the content of the foreign elements in the alloy is It is preferably 10% by mass or less.
  • Such an aluminum substrate is not particularly limited in terms of composition, preparation method (for example, casting method, etc.), and is described in paragraphs [0031] to [0051] of Patent Document 1 (International Publication No. 2010/150810). The composition, preparation method, and the like can be appropriately employed.
  • the thickness of the aluminum substrate is about 0.1 to 2.0 mm, preferably 0.15 to 1.5 mm, and more preferably 0.2 to 1.0 mm. This thickness can be appropriately changed according to the user's wishes or the like.
  • the reflection layer is formed using inorganic particles having an average particle diameter of 0.1 to 5 ⁇ m, preferably 0.5 to 2 ⁇ m, from the viewpoint of setting the Psm of the surface (non-mounting region) to the above numerical range.
  • the average particle diameter means an average value of the particle diameters of the inorganic particles, and in the present invention, it means a 50% volume cumulative diameter (D50) measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device.
  • the kind of the inorganic particles is not particularly limited.
  • conventionally known metal oxides, metal hydroxides, carbonates, sulfates, and the like can be used, and among these, metal oxides are preferably used.
  • Specific examples of the inorganic particles include metal oxides such as aluminum oxide (alumina), magnesium oxide, yttrium oxide, titanium oxide, zinc oxide, silicon dioxide, and zirconium oxide; aluminum hydroxide, calcium hydroxide, Hydroxides such as magnesium hydroxide; calcium carbonate (light calcium carbonate, heavy calcium carbonate, ultrafine calcium carbonate, etc.), carbonates such as barium carbonate, magnesium carbonate, strontium carbonate; sulfates such as calcium sulfate and barium sulfate Other examples include calcium carbonate, calcite, marble, gypsum, kaolin clay, calcined clay, talc, sericite, optical glass, glass beads, and the like.
  • aluminum oxide, silicon dioxide, and aluminum hydroxide are examples of aluminum oxide, silicon
  • the inorganic particles may be used in combination of two or more kinds of particles or two or more kinds of particles having an average particle diameter. By using particles having different types and average particle diameters in combination, it is possible to improve the strength of the reflective layer and improve the adhesion strength between the reflective layer and the metal substrate.
  • the shape of the inorganic particles is not particularly limited.
  • the shape is spherical, polyhedral (for example, icosahedron, dodecahedron, etc.), cubic, tetrahedral, or uneven on the surface. It may be any shape having a plurality of convex protrusions (hereinafter also referred to as “compete shape”), a plate shape, a needle shape, or the like.
  • compete shape a plurality of convex protrusions
  • spherical, polyhedral, cubic, tetrahedral, and complex shapes are preferred for the reason of excellent heat insulation, and spherical is more preferred for reasons of easy availability and excellent heat insulation.
  • inorganic particles having a refractive index of 1.5 to 1.8 because the reflectivity is higher and higher luminous efficiency can be maintained.
  • inorganic particles satisfying the refractive index include aluminum oxide (alumina), magnesium oxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium carbonate, barium carbonate, magnesium carbonate, strontium carbonate, calcium sulfate, and barium sulfate.
  • the reflective layer is selected from the group consisting of aluminum phosphate, sodium silicate, and aluminum chloride because the strength of the reflective layer is improved and the adhesion strength between the reflective layer and the metal substrate is also improved. It is preferably formed using at least one inorganic binder.
  • the reflective layer may contain other compounds in addition to the inorganic particles and the inorganic binder described above.
  • the other compound include a dispersant (water, organic solvent), a photopolymerizable monomer, a photopolymerization initiator, a crosslinking agent, a crosslinking accelerator, and a surfactant.
  • the method for forming the reflective layer is not particularly limited.
  • a coating liquid (composition) containing the inorganic particles and the inorganic binder is applied to the metal substrate by screen printing or the like. It can be formed by a method of applying and drying.
  • the surface of the said reflection layer can be grind
  • the polishing method is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a metal substrate provided with the reflective layer is fixed to a plate, and a surface opposite to the fixed surface (reflective layer) is polished.
  • the total polishing amount on the surface is preferably within 100 ⁇ m, more preferably 60 ⁇ m or less, and even more preferably 5 to 60 ⁇ m. Within this range, the balance of the polishing amount on both sides is good, and the warp of the material and the damage due to the warp are small.
  • means used for polishing include lapping, polishing, chemical mechanical polishing (CMP), buffing, shot blasting, and brush grain. Of these means, dry or wet mechanical polishing is preferable, and lapping is more preferable. In addition, it is preferable to polish and surface-finish as needed.
  • the lapping includes, for example, a method in which a lapping machine is used to supply abrasive grains that are abrasives, and polishing is performed while flowing the particles with water.
  • the size of the abrasive is preferably 1/2 or less of the polishing amount, and more preferably 1/4 or less of the polishing amount.
  • the abrasive is preferably diamond abrasive with a particle size of 10 ⁇ m or less from the viewpoint of polishing accuracy and speed, and the abrasive used for finish polishing is preferably diamond, alumina, SiC, SiO 2 or the like with a particle size of 1 ⁇ m or less.
  • the polished surface preferably has a thickness accuracy within ⁇ 3 ⁇ m, Ra of 0.15 ⁇ m or less, and a warp amount of within 20 ⁇ m / mm.
  • the thickness accuracy is more preferably within ⁇ 1 ⁇ m, Ra is more preferably 0.10 ⁇ m or less, and the warpage is more preferably within 10 ⁇ m / mm.
  • the polishing plate is preferably a composite material of resin and metal in order to prevent edge cracking and chipping.
  • a plate in which metal particles are mixed in a resin is more preferable.
  • the metal particles to be filled are preferably Cu, Au, or Ni.
  • polishing method Details of the polishing method will be described below. 1) One side is affixed and fixed to a table of ceramic or the like having a surface accuracy of 5 ⁇ m or less using WAX, UV adhesive or the like. The pasting accuracy is more preferably within 8 ⁇ m and within 4 ⁇ m. 2) The surface opposite to the pasting surface is polished.
  • the abrasive grains are preferably 5 to 10 ⁇ m of diamond slurry.
  • As the polishing apparatus a precision lapping apparatus manufactured by Kemet Japan Co., Ltd. is preferable because it can be polished accurately without cracking or chipping of the material.
  • the polishing load is desirably 10 to 500 g / cm 2 .
  • the polishing plate rotation speed is preferably 10 to 150 rpm.
  • the polishing amount is preferably 5 to 100 ⁇ m or less. It is preferable to perform polishing using abrasive grains having an average diameter of 2 to 4 ⁇ m as intermediate polishing. 3) As final polishing, finish with a diamond slurry having a particle size of 0.25 to 3.0 ⁇ m. Further, the polished surface may be finished by CMP. It is also possible to finish by combining these. 4) The ground surface is affixed and fixed to a ceramic base with a surface accuracy of 5 ⁇ m or less using WAX, UV adhesive or the like. The pasting accuracy is preferably within 8 ⁇ m. 5) Polish the other surface. Polishing is performed in the same manner as in 2) above. Thereafter, 3) the same finish polishing is performed. 6) It is more desirable to repeat the above polishing alternately. In that case, the finish polishing may be performed at the end of each polished surface.
  • an apparatus for example, (Surface Planer DFS8910) that flattens the surface of a workpiece by fixing and rotating the rotary tool at a predetermined cutting height and feeding the workpiece from the side. Etc., manufactured by DISCO Corporation) can also be used. Since the composite material has a feature that it can be flattened with a diamond tool with high accuracy, it is optimal for polishing and removing only the surface of the reflective layer.
  • the surface (non-mounting region) and the surface (mounting region) of the reflective substrate 1 of the present invention may be constituted by the surface of an insulating substrate 6 made of alumina ceramics.
  • alumina ceramic include sintered bodies such as an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) sintered body and an aluminum nitride (AlN) sintered body.
  • the insulating substrate is obtained by performing desired etching on the surface of the sintered body made of the alumina ceramic from the viewpoint of setting the Psm of the surface (non-mounting region) to the numerical value range described above.
  • the etching for example, the following alkali etching treatment is preferably exemplified.
  • Alkaline etching treatment In the alkali etching treatment, the insulating substrate is brought into contact with an alkali solution to dissolve the surface layer, dissolve the edge portion of the grain boundary of the sintered body existing on the surface, and change the surface to have a smooth unevenness (swell). It is done for the purpose.
  • Examples of the alkali used in the alkaline solution include caustic alkali and alkali metal salts.
  • caustic alkali include caustic soda and caustic potash.
  • alkali metal salts include alkali metal silicates such as sodium silicate, sodium silicate, potassium metasilicate, and potassium silicate; alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; sodium aluminate and alumina.
  • Alkali metal aluminates such as potassium acid; alkali metal aldones such as sodium gluconate and potassium gluconate; dibasic sodium phosphate, dibasic potassium phosphate, tribasic sodium phosphate, tertiary potassium phosphate, etc.
  • An alkali metal hydrogen phosphate is mentioned.
  • a caustic alkali solution and a solution containing both a caustic alkali and an alkali metal aluminate are preferable from the viewpoint of high etching rate and low cost.
  • an aqueous solution of caustic soda is preferable.
  • the concentration of the alkaline solution can be determined according to the etching amount, but is preferably 1 to 50% by mass, and more preferably 10 to 35% by mass.
  • the concentration of aluminum ions is preferably 0.01 to 10% by mass, and more preferably 3 to 8% by mass.
  • the temperature of the alkaline solution is preferably 20 to 90 ° C.
  • the treatment time is preferably 1 to 120 seconds.
  • Examples of the method of bringing the insulating substrate into contact with the alkaline solution include, for example, a method of passing the insulating substrate in a bath containing an alkaline solution, a method of immersing the insulating substrate in a bath containing an alkaline solution, The method of spraying a solution on the surface of an aluminum substrate is mentioned.
  • the insulating substrate is necessary after performing desired etching on the surface of the sintered body made of the alumina ceramics from the viewpoint of setting the Ra of the surface (non-mounting region) to the above numerical range. Accordingly, the surface can be polished.
  • the polishing method is not particularly limited, and examples thereof include those described in the first aspect.
  • the insulating substrate may have a reflective layer made of a silver (Ag) vapor deposition film on the insulating substrate for the reason that the regular reflectance and the diffuse reflectance are better.
  • the thickness of the Ag vapor deposition film is preferably from 0.1 to 10 ⁇ m, more preferably from 0.5 to 1 ⁇ m, from the viewpoint of maintaining the surface shape of the surface (non-mounting region). .
  • the film thickness is adjusted by changing the mass of the Ag wire used in the vapor deposition apparatus.
  • the film thickness is maintained by using a non-contact interference film thickness meter to maintain the film thickness formed on a smooth glass substrate by changing the line mass. It is possible to calculate from a calibration curve created by measuring using.
  • the formation method of the said Ag vapor deposition film is not specifically limited, It can form using a conventionally well-known metal vapor deposition apparatus.
  • the reflective substrate of the present invention may have a wiring layer (metal wiring layer) when mounting the LED light emitting element.
  • the wiring layer may be provided on a part of the surface on which the LED light emitting element is mounted, or the surface on which the LED light emitting element is mounted (hereinafter referred to as “mounting surface” in this paragraph). ”) And may be electrically connected to the mounting surface of the LED light emitting element via a through hole.
  • the material of the wiring layer is not particularly limited as long as it is a material that conducts electricity. Specific examples thereof include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), Nickel (Ni) etc. are mentioned, These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Of these, Cu is preferably used because of its low electrical resistance. Note that an Au layer or a Ni / Au layer may be provided on the surface layer of the wiring layer made of Cu from the viewpoint of improving the ease of wire bonding.
  • the thickness of the wiring layer is preferably 0.5 to 1000 ⁇ m, more preferably 1 to 500 ⁇ m, and particularly preferably 5 to 250 ⁇ m from the viewpoint of conduction reliability and package compactness.
  • the wiring layer in addition to various plating processes such as an electrolytic plating process, an electroless plating process, and a displacement plating process, a sputtering process, a vapor deposition process, a vacuum bonding process for metal foil, and an adhesion process with an adhesive layer provided. Etc.
  • various plating processes such as an electrolytic plating process, an electroless plating process, and a displacement plating process, a sputtering process, a vapor deposition process, a vacuum bonding process for metal foil, and an adhesion process with an adhesive layer provided.
  • Etc Among these, from the viewpoint of high heat resistance, the metal-only layer formation is preferable, and from the viewpoint of thick film / uniform formation and high adhesion, layer formation by plating is particularly preferable.
  • the plating process is a plating process for an inorganic material, it is preferable to use a technique in which a reduced metal layer called a seed layer is provided and then a thick metal layer is formed using the metal layer.
  • electroless plating for the formation of the seed layer.
  • the plating solution includes a main component (for example, a metal salt and a reducing agent) and an auxiliary component (for example, a pH adjusting agent, a buffering agent, a complex). It is preferable to use a solution composed of an agent, accelerator, stabilizer, improver, etc.
  • Commercial products such as those manufactured by Meltex can be used as appropriate.
  • various electrolytic solutions containing sulfuric acid, copper sulfate, hydrochloric acid, polyethylene glycol and a surfactant as main components and other various additives can be used.
  • the wiring layer formed in this way is patterned by a known method according to the mounting design of the LED light emitting element.
  • a metal layer (including solder) is provided again at a location where the LED is actually mounted, and can be appropriately processed so as to be easily connected by thermocompression bonding, flip chip, wire bonding, or the like.
  • a metal material such as solder or gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), nickel (Ni) is preferable. From the viewpoint of mounting reliability, a method of providing Au or Ag via solder or Ni is preferable from the viewpoint of connection reliability.
  • a wiring layer having a pattern can be easily formed without requiring many steps on an uneven surface. Can be formed.
  • a wiring layer can be formed on a desired portion of the surface of the reflective substrate by ink jet printing using a metal ink containing a conductive metal. Specifically, a wiring pattern is formed with metal ink, and then fired to form a wiring.
  • the metal ink include those obtained by uniformly dispersing fine particles of a conductive metal in a solvent containing a binder, a surfactant, and the like. In this case, the solvent needs to have both affinity for the conductive metal and volatility.
  • Conductive metals contained in the metal ink include fine particles of metals such as silver, copper, gold, platinum, nickel, aluminum, iron, palladium, chromium, molybdenum, tungsten; silver oxide, cobalt oxide, iron oxide, ruthenium oxide, etc.
  • metal fine particles are preferable, silver, copper, and gold are more preferable, oxidation resistance is excellent, it is difficult to form a high-insulation oxide, and the cost is low, and the conductivity after firing the wiring pattern is improved. For this reason, silver is particularly preferable.
  • the shape of the conductive metal that is a fine particle is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a granular shape, a scale shape, and the like. From the viewpoint of increasing the contact area between the fine particles and improving the conductivity, the scale shape is preferable. preferable.
  • the average size of the conductive metal contained in the metal ink is preferably 1 to 20 nm, and more preferably 5 to 10 nm from the viewpoint of improving the conductivity by increasing the filling rate in the wiring pattern formed with the metal ink.
  • a wiring pattern is formed on a desired portion of the surface of the reflective substrate by screen printing using a metal ink containing a conductive metal, and then fired to form a wiring.
  • the supply of the metallic ink by the screen printing method can be performed by providing a transmissive portion according to the wiring pattern on the screen and squeezing the metallic ink from the transmissive portion.
  • a metal ink containing a conductor metal what was used by the inkjet printing method mentioned above can be used.
  • the LED package of the present invention is an LED package having the above-described reflective substrate of the present invention and an LED light emitting element mounted on the surface thereof. Next, the configuration of the LED package of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the LED package 20 includes an LED 8 mounted on the surface of the reflective substrate 1 (reflective layer 3).
  • the LED 8 is molded with a transparent resin 10 mixed with fluorescent particles 9, and is wire-bonded to the reflective substrate 1 of the present invention having a metal wiring layer 7 that also serves as an external connection electrode.
  • the LED light-emitting element is formed by forming a semiconductor such as GaAlN, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlN, InN, AlInGaP, InGaN, GaN, or AlInGaN on the substrate as a light-emitting layer. It is done.
  • the semiconductor structure include a homostructure, a heterostructure, or a double heterostructure having a MIS junction, a PIN junction, or a PN junction.
  • Various emission wavelengths can be selected from ultraviolet light to infrared light depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal.
  • the material of the transparent resin is preferably a thermosetting resin.
  • the thermosetting resin is preferably formed of at least one selected from the group consisting of epoxy resins, modified epoxy resins, silicone resins, modified silicone resins, acrylate resins, urethane resins, and polyimide resins. , Modified epoxy resin, silicone resin, and modified silicone resin are preferable.
  • the transparent resin is preferably hard to protect the blue LED. Moreover, it is preferable to use resin excellent in heat resistance, a weather resistance, and light resistance as transparent resin.
  • the transparent resin may be mixed with at least one selected from the group consisting of a filler, a diffusing agent, a pigment, a fluorescent material, a reflective material, an ultraviolet absorber, and an antioxidant so as to have a predetermined function. it can.
  • the said fluorescent particle should just absorb the light from blue LED and wavelength-convert it into the light of a different wavelength.
  • Specific examples of the fluorescent particles include nitride-based phosphors, oxynitride-based phosphors, sialon-based phosphors, and ⁇ -sialon-based phosphors that are mainly activated by lanthanoid elements such as Eu and Ce.
  • the LED package of the present invention can also be used as a phosphor-mixed white LED package using an ultraviolet to blue LED and a fluorescent light emitter that absorbs the LED and emits fluorescence in the visible light region.
  • These fluorescent light emitters absorb blue light from the blue LED to generate fluorescence (yellowish fluorescent light), and white light is emitted from the light emitting element by the fluorescent light and the afterglow of the blue LED.
  • the above-described method is a so-called “pseudo white light emission type” in which a blue LED light source chip and one kind of yellow phosphor are combined.
  • an ultraviolet to near ultraviolet LED light source chip and a red / green / blue fluorescence for example, an ultraviolet to near ultraviolet LED light source chip and a red / green / blue fluorescence.
  • the LED of the present invention as a light-emitting unit using a known light-emitting method such as “ultraviolet to near-ultraviolet light source type” in which several kinds of bodies are combined and “RGB light source type” that emits white light with three red / green / blue light sources Package can be used.
  • a known light-emitting method such as “ultraviolet to near-ultraviolet light source type” in which several kinds of bodies are combined and “RGB light source type” that emits white light with three red / green / blue light sources Package can be used.
  • the method of mounting the LED light emitting element on the reflective substrate of the present invention involves mounting by heating, but the thermocompression bonding including solder reflow and the mounting method by flip chip provide uniform and reliable mounting.
  • the maximum reached temperature is preferably 220 to 350 ° C, more preferably 240 to 320 ° C, and particularly preferably 260 to 300 ° C.
  • the time for maintaining these maximum temperatures is preferably 2 seconds to 10 minutes, more preferably 5 seconds to 5 minutes, and particularly preferably 10 seconds to 3 minutes.
  • the temperature at the time of mounting by wire bonding is preferably 80 to 300 ° C., more preferably 90 to 250 ° C., and particularly preferably 100 to 200 ° C. from the viewpoint of reliable mounting.
  • the heating time is preferably 2 seconds to 10 minutes, more preferably 5 seconds to 5 minutes, and particularly preferably 10 seconds to 3 minutes.
  • Example 1 After kneading 100 g of AL-160SG-3 (average particle size: 0.52 ⁇ m, manufactured by Showa Denko KK), 0.5 g of polyvinyl alcohol (PVA) binder and 20 g of water, the mixture was baked at 300 ° C. for 2 hours. After that, it was formed into a size of 3 cm ⁇ 3 cm (planar square shape) and thickness 2 mm with a press, heated at a heating rate of 400 ° C./hour, held at 1800 ° C. for 8 hours, and sintered. And an alumina ceramic sintered body was produced.
  • AL-160SG-3 average particle size: 0.52 ⁇ m, manufactured by Showa Denko KK
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the produced alumina ceramic sintered body was subjected to an etching process by spraying for 10 minutes using an aqueous solution having a caustic soda concentration of 5.0% by mass and a temperature of 40 ° C. to dissolve 8 g / m 2 of the surface. Then, the surface after an etching process was grind
  • the thickness was 2.7 mm using a hot rolling mill. A rolled plate was used. Furthermore, after performing heat processing at 500 degreeC using a continuous annealing machine, it finished by cold rolling to thickness 1.0mm, and obtained the aluminum substrate of JIS1050 material.
  • the said inorganic composition was apply
  • ⁇ Comparative example 2> A comparison was made except that alumina particles (AL-160SG-3, average particle size: 0.52 ⁇ m, Showa Denko) were used instead of alumina particles (Admafine, average particle size: 45 nm, manufactured by Admatechs). A reflective substrate was produced in the same manner as in Example 1.
  • Comparative Example 3 The reflective substrate produced in Comparative Example 2 was immersed in a 2.5 mass% sodium silicate solution and dried at 180 ° C. for 5 minutes to produce a reflective substrate having a silicate glassy overcoat layer.
  • Example 2 A reflective substrate was produced by polishing the surface of the reflective substrate produced in Comparative Example 2 using a surface planer (model number: DFS8910) manufactured by DISCO.
  • Example 3 A diamond drapping system (MAT-MGR-311MF, manufactured by MAT) is used in place of the DISCO surface planar (model number: DFS8910), and a polishing agent (liquid diamond (1-W2-PC-STD, manufactured by Kemerit) is used.
  • a reflective substrate was produced in the same manner as in Example 2 except that polishing was performed using
  • Example 4 Instead of the surface planer (model number: DFS8910) manufactured by DISCO, a diamond drapping system (MAT-MGR-311MF, manufactured by MAT) is used, and an abrasive (liquid diamond 6-W2-PC-STD, manufactured by Kemerit) is used. A reflective substrate was produced in the same manner as in Example 2 except that the polishing was performed.
  • a diamond drapping system MAT-MGR-311MF, manufactured by MAT
  • abrasive liquid diamond 6-W2-PC-STD, manufactured by Kemerit
  • ⁇ Comparative Example 4> A reflective substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the following inorganic composition was used as the reflective layer forming material.
  • (Reflective layer forming material) By using 100 g of binder liquid B having the composition shown below, and adding 250 g of alumina particles (AL-160SG-3, average particle size: 0.52 ⁇ m, manufactured by Showa Denko KK) as inorganic particles, and stirring them, An inorganic composition for forming a reflective layer was prepared.
  • a reflective substrate was produced by polishing the surface of the reflective substrate produced in Comparative Example 4 using a surface planer (model number: DFS8910) manufactured by DISCO.
  • MAT-MGR-311MF manufactured by MAT
  • abrasive Liquid Diamond 1-W2-PC-STD, manufactured by Kemerit
  • a silver paste (AGEP-201X, manufactured by Sumitomo Electric Co., Ltd.) is formed into a predetermined wiring pattern by a screen printing method, and then heated at 200 ° C. for 30 minutes, whereby wiring (length: 1 mm, width: 100 ⁇ m).
  • the linearity and adhesion of the wiring were evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1 below.
  • A Photographed with an optical microscope, the fluctuation (DV) at the end of the wiring was observed, and those having a DV of 2 ⁇ m or less were evaluated as “A” as being extremely excellent in linearity.
  • B Photographed with an optical microscope, the fluctuation (DV) of the end of the wiring was observed, and those having a DV of more than 2 ⁇ m and 5 ⁇ m or less were evaluated as “B” as having excellent linearity.
  • C Photographed with an optical microscope, the fluctuation (DV) at the end of the wiring was observed, and those having a DV of more than 5 ⁇ m and 20 ⁇ m or less were evaluated as “C” as inferior in linearity.
  • D Photographed with an optical microscope, the fluctuation (DV) of the end of the wiring was observed, and those having DV of more than 20 ⁇ m were evaluated as “D” as extremely inferior in linearity.
  • a commercially available tape was applied so as to cover the wiring (length: 1 mm, width: 100 ⁇ m) from above, and when it was peeled after that, “A” was regarded as having excellent adhesion. It was evaluated.
  • C When a commercially available tape was applied so as to cover the wiring (length: 1 mm, width: 100 ⁇ m) from the top, and then peeled off, the peeled piece was evaluated as “C” as having poor adhesion. .

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Abstract

 本発明の目的は、高い発光効率を維持し、配線形成性に優れたLED発光素子用反射基板およびLEDパッケージを提供することである。本発明のLED発光素子用反射基板は、LED発光素子を実装する表面を有するLED発光素子用反射基板であって、表面のうち、少なくともLED発光素子が実装される部分以外の表面が、算術平均粗さRaが0.01~0.20μmであり、かつ、凹凸の平均間隔Psmが10~20μmであるLED発光素子用反射基板である。

Description

LED発光素子用反射基板およびLEDパッケージ
 本発明は、発光ダイオード(以下、「LED」という。)パッケージに用いられるLED発光素子用反射基板に関するものである。
 一般的に、LEDは、蛍光灯と比較して、電力使用量が1/100、寿命が40倍(40000時間)と言われている。このような省電力かつ長寿命という特徴が、環境重視の流れの中でLEDが採用される重要な要素となっている。
 特に白色LEDは、演色性に優れ、蛍光灯に比べて電源回路が簡便であるというメリットもあることから、照明用光源としての期待が高まっている。
 近年、照明用光源として要求される発光効率の高い白色LED(30~150Lm/W)も続々と登場し、実用時における光の利用効率の点では、蛍光灯(20~110Lm/W)を逆転している。
 これにより、蛍光灯に代わり白色LEDの実用化の流れが一気に高まり、液晶表示装置のバックライトや照明用光源として白色LEDが採用されるケースも増えつつある。
 このような白色LEDに使用できる基板として、特許文献1には、「少なくとも、絶縁層と、該絶縁層と接して設けられる金属層とを有する光反射基板において、320nm超~700nm波長光の全反射率が50%以上であって、且つ、300nm~320nm波長光の全反射率が60%以上であることを特徴とする、光反射基板。」が開示されており([請求項1][請求項12])、光反射基板の表面が平均波長0.01~100μmの凹凸である態様も開示されている([請求項2])。
 また、特許文献2には、「アルミニウム基板と、前記アルミニウム基板の表面に設けられる絶縁層とを有する絶縁基板であって、前記絶縁層がアルミニウムの陽極酸化皮膜であり、前記絶縁層を構成する元素のうち、アルミニウムおよび酸素以外の元素の含有率が20原子%以下であり、前記アルミニウム基板の表面が、平均波長5~100μmの大波構造および/または平均開口径0.7~5μmの中波構造の形状を有する絶縁基板。」が開示されている([請求項1][請求項3])。
 更に、特許文献3には、「金属基板と、前記金属基板の表面に設けられる絶縁層とを有する絶縁基板であって、前記金属基板がバルブ金属基板であり、前記絶縁層がバルブ金属の陽極酸化皮膜であり、前記陽極酸化皮膜の空隙率が30%以下である絶縁基板。」が開示されており([請求項1])、陽極酸化皮膜の表面が、平均ピッチが0.5μm以下で、かつ、平均直径が1μm以上の凹凸を有する態様も開示されている([請求項2])。
国際公開第2010/150810号(特開2011-205051号公報) 特開2011-132590号公報 特開2011-199233号公報
 本発明者は、特許文献1~3に記載された基板について検討を行った結果、反射率が高く、発光効率が良好であるものの、基板の表面形状によっては、LED発光素子とともに設けられる金属配線の形成性(特に、直線性および密着性)が劣る場合があることを明らかとした。
 そこで、本発明は、高い発光効率を維持し、配線形成性に優れたLED発光素子用反射基板およびLEDパッケージを提供することを目的とする。
 本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、算術平均粗さRaおよび凹凸の平均間隔Psmが特定の範囲内となる表面を有する反射基板を用いることにより、高い発光効率を維持し、かつ、配線形成性にも優れることを見出し、本発明を完成させた。
 すなわち、本発明は、以下の(1)~(4)を提供する。
 (1) LED発光素子を実装する表面を有するLED発光素子用反射基板であって、
 表面のうち、少なくともLED発光素子が実装される部分以外の表面が、算術平均粗さRaが0.01~0.20μmであり、かつ、凹凸の平均間隔Psmが10~20μmであるLED発光素子用反射基板。
 (2) 表面が、金属基板上に設けられる反射層の表面であり、
 反射層が、平均粒子径が0.1~5μmの無機粒子を用いて形成される(1)に記載のLED発光素子用反射基板。
 (3) 反射層が、さらに、リン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウムおよび塩化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種の無機系結着剤を用いて形成される(2)に記載のLED発光素子用反射基板。
 (4) (1)~(3)のいずれかに記載のLED発光素子用反射基板と、表面に実装されたLED発光素子とを有するLEDパッケージ。
 以下に説明するように、本発明によれば、高い発光効率を維持し、配線形成性に優れたLED発光素子用反射基板およびLEDパッケージを提供することができる。
図1は、本発明のLED発光素子用反射基板の好適な実施態様の例を示した模式的な断面図である。 図2は、本発明のLED発光素子用反射基板の他の好適な実施態様の例を示した模式的な断面図である。 図3は、本発明のLEDパッケージの好適な実施態様の一例を示す模式的な断面図である。
[LED発光素子用反射基板]
 本発明のLED発光素子用反射基板(以下、単に「本発明の反射基板」という。)は、LED発光素子を実装する表面を有するLED発光素子用反射基板であって、上記表面のうち、少なくとも上記LED発光素子が実装される部分以外の表面が、算術平均粗さRa(以下、単に「Ra」ともいう。)が0.01~0.20μmであり、かつ、凹凸の平均間隔Psm(以下、単に「Psm」ともいう。)が10~20μmである反射基板である。
 ここで、「LED発光素子を実装する表面」とは、LED発光素子が実装される部分の表面(以下、「表面(実装領域)」ともいう。)およびLED発光素子が実装される部分以外の表面(以下、「表面(非実装領域)」ともいう。)を含む表面である。
 また、「Ra」および「Psm」は、それぞれ、JIS B0601:2001に記載された表面性状パラメータのことをいい、本発明においては、いずれも触針式の表面粗さ計(例えば、SURFCOM480A、ACCRETECH(東京精密)社製)を用いて測定することができる。
 〔表面形状〕
 本発明においては、上記表面(非実装領域)のRaは0.01~0.20μmであり、0.10~0.15μmであるのが好ましい。
 上記表面(非実装領域)のRaがこの範囲であると、配線形成性(特に直線性)が良好となる。これは、配線層の材料(例えば、銀ナノ粒子インクなど)が滲むのが抑制されたためと考えられる。
 また、本発明においては、上記表面(非実装領域)のPsmは10~20μmであり、10~15μmであるのが好ましい。
 上記表面(非実装領域)のPsmがこの範囲であると、配線形成性(特に密着性)が良好となり、反射率が高くなり、高い発光効率を維持することができる。これは、Psmで表現される断面曲線要素の平均長さが配線サイズと合致することでアンカーとして機能するためと考えられる。
 なお、反射率がより高くなり、より高い発光効率を維持することができる理由から、上記表面(実装領域)やLED発光素子を囲繞するように接合された枠体(例えば、特開2004-207678号公報の符号2参照。)の表面(以下、「枠体表面」ともいう。)のRaおよびPsmについても、上述した各数値範囲であるのが好ましい。
 〔第1態様〕
 本発明においては、図1に示すように、本発明の反射基板1における表面(非実装領域)および表面(実装領域)は、金属基板2上に設けられる反射層3の表面で構成されていてもよい。
 なお、図1中、符号4は後述する無機粒子を示し、符号5は後述する無機系結着剤を示す。
 <金属基板>
 上記金属基板の素材である金属は特に限定されず、その具体例としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン等が挙げられる。
 上記金属基板は、加工性および強度にも優れる理由から、以下に詳述するアルミニウム基板であるのが好ましい。
 (アルミニウム基板)
 上記アルミニウム基板は、公知のアルミニウム基板を用いることができ、純アルミニウム基板のほか、アルミニウムを主成分とし微量の異元素を含む合金板;低純度のアルミニウム(例えば、リサイクル材料)に高純度アルミニウムを蒸着させた基板;シリコンウエハー、石英、ガラス等の表面に蒸着、スパッタ等の方法により高純度アルミニウムを被覆させた基板;アルミニウムをラミネートした樹脂基板;等を用いることもできる。
 ここで、上記合金板に含まれてもよい異元素としては、ケイ素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、クロム、亜鉛、ビスマス、ニッケル、チタン等が挙げられ、合金中の異元素の含有量は、10質量%以下であるのが好ましい。
 このようなアルミニウム基板は、組成や調製方法(例えば、鋳造方法等)等については特に限定されず、特許文献1(国際公開第2010/150810号)の[0031]~[0051]段落に記載された組成、調製方法等を適宜採用することができる。
 本発明においては、上記アルミニウム基板の厚みは、0.1~2.0mm程度であり、0.15~1.5mmであるのが好ましく、0.2~1.0mmであるのがより好ましい。この厚さは、ユーザーの希望等により適宜変更することができる。
 <反射層>
 上記反射層は、上記表面(非実装領域)のPsmを上述した数値範囲にする観点から、平均粒子径が0.1~5μm、好ましくは0.5~2μmの無機粒子を用いて形成されるものである。
 ここで、平均粒子径とは、上記無機粒子の粒子径の平均値をいい、本発明においては、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定された50%体積累積径(D50)をいう。
 (無機粒子)
 上記無機粒子の種類は特に限定されず、例えば、従来公知の金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸化物などを用いることができ、中でも、金属酸化物を用いるのが好ましい。
 上記無機粒子としては、具体的には、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化ケイ素、酸化ジルコニウムなどの金属酸化物;水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどの水酸化物;炭酸カルシウム(軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、極微細炭酸カルシウムなど)、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウムなどの炭酸塩; 硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸化物;また、その他に、カルシウムカーボネート、方解石、大理石、石膏、カオリンクレー、焼成クレー、タルク、セリサイト、光学ガラス、ガラスビーズなどが挙げられる。
 この中でも、後述する無機系結着剤との親和性が良好となる理由から、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、水酸化アルミニウムが好ましい。
 本発明においては、上記無機粒子は、2種類以上の粒子や、2種類以上の平均粒子径を有する粒子を併用してもよい。
 種類や平均粒子径の異なる粒子を併用することにより、上記反射層の強度の向上や、上記反射層と上記金属基板との密着強度の向上を図ることができる。
 また、本発明においては、上記無機粒子の形状は特に限定はされず、例えば、球状、多面体状(例えば、20面体状、12面体状等)、立方体状、4面体状、表面に凹凸状ないし凸状の突起を複数有する形状(以下、「コンペイトウ形状」ともいう。)、板状、針状等いずれであってもよい。
 これらのうち、断熱性に優れる理由から、球状、多面体状、立方体状、4面体状、コンペイトウ形状が好ましく、入手が容易で断熱性により優れる理由から、球状であるのがより好ましい。
 更に、本発明においては、反射率がより高くなり、より高い発光効率を維持することができる理由から、屈折率が1.5~1.8の無機粒子を用いることが好ましい。
 上記屈折率を満たす無機粒子としては、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、大理石、石膏、カオリンクレー、タルク、セリサイト、光学ガラス、ガラスビーズなどが挙げられる。
 (無機系結着剤)
 上記反射層は、上記反射層の強度が向上し、また、上記反射層と上記金属基板との密着強度も向上する理由から、さらに、リン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウムおよび塩化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種の無機系結着剤を用いて形成されるのが好ましい。
 上記反射層には、上述した無機粒子および無機系結着剤以外に、他の化合物を含有してもよい。
 他の化合物としては、例えば、分散剤(水、有機溶媒)、光重合可能なモノマー、光重合開始剤、架橋剤、架橋促進剤、界面活性剤等が挙げられる。
 (形成方法)
 本発明においては、上記反射層の形成方法は特に限定されず、例えば、上記金属基板上に、上記無機粒子と上記無機系結着剤とを含有する塗布液(組成物)をスクリーン印刷等により塗布し、乾燥させる方法等により形成することができる。
 また、本発明においては、上記表面(非実装領域)のRaを上述した数値範囲にする観点から、必要に応じて、上記反射層の表面を研磨することができる。
 ここで、上記研磨の方法は特に限定されず、例えば、上記反射層を設けた金属基板をプレートに固定し、固定した面の反対側の面(反射層)を研摩する方法が挙げられる。
 表面の研磨量の合計は、100μm以内が好ましく、60μm以下がより好ましく、5~60μmが更に好ましい。この範囲であると両面の研摩量のバランスが良く、材料の反り、反りによる破損が少ない。
 また、研磨に用いる具体的な手段としては、例えば、ラッピング、ポリッシング、ケミカルメカニカルポリッシング(CMP)、バフ研磨、ショットブラスト、ブラシグレイン等が挙げられる。
 これらの手段のうち、乾式または湿式の機械研摩が好ましく、ラッピングであるのがより好ましい。なお、必要に応じて、ポリッシングを行って表面仕上げするのが好ましい。
 ここで、ラッピングは、例えば、ラッピングマシンを用い、研磨材である砥粒を供給し、これを水で流しながら、研磨する方法が挙げられる。
 また、研磨材のサイズは、研磨量の1/2以下が好ましく、研磨量の1/4以下がより好ましい。
 更に、研磨材は、研磨精度と速度の点から粒径10μm以下のダイヤモンド砥粒が好ましく、仕上げ研磨に用いる研磨材は、粒径1μm以下のダイヤモンド、アルミナ、SiC、SiO2等が好ましい。
 研磨された表面の精度は、厚さ精度±3μm以内、Ra0.15μm以下、反り量20μm/mm以内が好ましい。
 厚さ精度は±1μm以内がより好ましく、Raは0.10μm以下がより好ましく、反り量は10μm/mm以内がより好ましい。
 表面をより平滑に仕上げるためには、CMPによる研磨を行うことが好ましい。研磨プレ-トはエッジの割れや欠けを防止するために、樹脂と金属の複合材料であることが好ましい。樹脂の中に金属粒子を混合させたプレ-トがより好ましい。充填される金属粒子は、Cu、Au、Niが好ましい。
 以下に、研磨方法の詳細を示す。
1)片面を、表面精度5μm以内のセラミック等の台にWAX、UV接着剤等を用い貼り付け固定する。貼り付けの精度は8μm以内、4μm以内がより好ましい。
2)貼り付け面と反対の面を研磨する。研磨砥粒はダイヤモンドスラリー5~10μmが望ましい。研磨装置は、ケメットジャパン社製精密ラッピング装置が材料の割れや欠けが無く、精度良く研磨でき望ましい。研磨加重は、10~500g/cm2が望ましく。研磨板回転速度は10~150rpmが望ましい。研磨量は5~100μm以内が好ましい。中間研磨として平均径2~4μmの砥粒を用いて研摩するのが好ましい。
3)仕上げ研磨として、粒径0.25~3.0μmのダイヤモンドスラリー等で仕上げる。また、CMPで研磨面を仕上げてもよい。これらを組み合わせて仕上げることも可能である。
4)研磨済みの面を表面精度5μm以内のセラミック等の台にWAX、UV接着剤等を用い貼り付け固定する。貼り付けの精度は8μm以内が好ましい。
5)もう一方の面を研磨する。研磨の条件は、上記2)と同様に研磨を行う。その後3)同様の仕上げ研磨を行う。
6)上記研磨を交互に繰り返し行うと尚望ましい。その場合には、仕上げ研磨はそれぞれの研磨面の最後で行えばよい。
 また、上記研磨の方法として、回転工具を所定の切り込み高さで固定・回転させ、被加工物を横から送り込むことで、被加工物の表面平坦化を行う装置(例えば、(サーフェースプレーナーDFS8910、ディスコ社製)など)を用いることもできる。複合材料を、ダイヤモンドバイトによって高精度に平坦化することが可能という特徴を有するため、上記反射層の表面のみを研磨除去するのには最適である。
 〔第2態様〕
 本発明においては、図2に示すように、本発明の反射基板1における表面(非実装領域)および表面(実装領域)は、アルミナセラミックスからなる絶縁基板6の表面で構成されていてもよい。
 上記アルミナセラミックスとしては、具体的には、例えば、酸化アルミニウム(Al23)質焼結体、窒化アルミニウム(AlN)質焼結体等の焼結体が挙げられる。
 <エッチング>
 本発明においては、上記絶縁基板は、上記表面(非実装領域)のPsmを上述した数値範囲にする観点から、上記アルミナセラミックスからなる焼結体の表面に所望のエッチングを施して得られるのである。
 ここで、上記エッチングとしては、例えば、以下に示すアルカリエッチング処理が好適に挙げられる。
 (アルカリエッチング処理)
 アルカリエッチング処理は、上記絶縁基板をアルカリ溶液に接触させることにより、表層を溶解させ、表面に存在する焼結体の粒界のエッジ部分を溶解させ、滑らかな凹凸(うねり)を持つ表面に変えることを目的として行われる。
 本発明においては、アルカリエッチング処理のエッチング量は、上記表面(非実装領域)のPsmを10~20μmとする観点から、1g/m2以上であるのが好ましく、5~20g/m2であるのがより好ましい。
 上記アルカリ溶液に用いられるアルカリとしては、例えば、カセイアルカリ、アルカリ金属塩が挙げられる。具体的には、カセイアルカリとしては、例えば、カセイソーダ、カセイカリが挙げられる。また、アルカリ金属塩としては、例えば、タケイ酸ソーダ、ケイ酸ソーダ、メタケイ酸カリ、ケイ酸カリ等のアルカリ金属ケイ酸塩;炭酸ソーダ、炭酸カリ等のアルカリ金属炭酸塩;アルミン酸ソーダ、アルミン酸カリ等のアルカリ金属アルミン酸塩;グルコン酸ソーダ、グルコン酸カリ等のアルカリ金属アルドン酸塩;第二リン酸ソーダ、第二リン酸カリ、第三リン酸ソーダ、第三リン酸カリ等のアルカリ金属リン酸水素塩が挙げられる。中でも、エッチング速度が速い点および安価である点から、カセイアルカリの溶液、および、カセイアルカリとアルカリ金属アルミン酸塩との両者を含有する溶液が好ましい。特に、カセイソーダの水溶液が好ましい。
 また、上記アルカリ溶液の濃度は、エッチング量に応じて決定することができるが、1~50質量%であるのが好ましく、10~35質量%であるのがより好ましい。アルカリ溶液中にアルミニウムイオンが溶解している場合には、アルミニウムイオンの濃度は、0.01~10質量%であるのが好ましく、3~8質量%であるのがより好ましい。アルカリ溶液の温度は20~90℃であるのが好ましい。処理時間は1~120秒であるのが好ましい。
 また、上記絶縁基板をアルカリ溶液に接触させる方法としては、例えば、アルカリ溶液を入れた槽の中に絶縁基板を通過させる方法、アルカリ溶液を入れた槽の中に絶縁基板を浸せきさせる方法、アルカリ溶液をアルミニウム基板の表面に噴きかける方法が挙げられる。
 <研磨>
 本発明においては、上記絶縁基板は、上記表面(非実装領域)のRaを上述した数値範囲にする観点から、上記アルミナセラミックスからなる焼結体の表面に所望のエッチングを施した後に、必要に応じて、表面を研磨することができる。
 ここで、上記研磨の方法は特に限定されず、上述した第1の態様で説明したものが挙げられる。
 <反射層(銀蒸着膜)>
 本発明においては、上記絶縁基板は、正反射率および拡散反射率がより良好となる理由から、上記絶縁基板上に銀(Ag)蒸着膜からなる反射層を有していてもよい。
 ここで、上記Ag蒸着膜の膜厚は、上記表面(非実装領域)の表面形状を維持する観点から、0.1~10μmであるのが好ましく、0.5~1μmであるのがより好ましい。なお、膜厚の調整は、蒸着装置で用いるAg線質量を変更することにより行い、膜厚は、線質量を変えて平滑なガラス基板上に成膜した膜厚保を非接触干渉膜厚計を用いて測定することにより作成した検量線から算出することができる。
 (形成方法)
 上記Ag蒸着膜の形成方法は特に限定されず、従来公知の金属蒸着装置を用いて形成することができる。
 〔共通態様〕
 <配線層>
 本発明の反射基板は、LED発光素子を実装するに当たり、配線層(金属配線層)を有していてもよい。
 本発明においては、上記配線層は、LED発光素子が実装される側の表面の一部に設けられてもよいし、LED発光素子が実装される側の表面(以下、本段落において「実装面」という。)とは反対側の表面(裏面)の一部に設けられてLED発光素子の実装面とスルーホールを介して電気的に接続されてもよい。
 上記配線層の材料は、電気を通す素材であれば特に限定されず、その具体例としては、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)等が挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
 これらのうち、電気抵抗が低い理由からCuを用いるのが好ましい。なお、Cuによる配線層の表層には、ワイヤボンディングの容易性を高める観点から、Au層やNi/Au層を設けていてもよい。
 また、上記配線層の厚さは、導通信頼性およびパッケージのコンパクト性の観点から、0.5~1000μmが好ましく、1~500μmがより好ましく、5~250μmが特に好ましい。
 上記配線層の形成方法としては、電解めっき処理、無電解めっき処理、置換めっき処理などの種々めっき処理の他、スパッタリング処理、蒸着処理、金属箔の真空貼付処理、接着層を設けての接着処理等が挙げられる。
 これらのうち、耐熱性が高い観点から、金属のみの層形成であることが好ましく、厚膜/均一形成化および高密着性の観点から、めっき処理による層形成が特に好ましい。
 上記めっき処理は、無機材料に対するめっき処理になるため、シード層と呼ばれる還元金属層を設けた後、その金属層を利用して厚い金属層を形成する手法を用いるのが好ましい。
 また、上記シード層の形成には、無電解めっきを用いるのが好ましく、めっき液としては、主成分(例えば、金属塩、還元剤等)と補助成分(例えば、pH調整剤、緩衝剤、錯化剤、促進剤、安定剤、改良剤等)から構成される溶液を用いるのが好ましい。なお、めっき液としては、SE-650・666・680、SEK-670・797、SFK-63(いずれも日本カニゼン社製)、メルプレートNI-4128、エンプレートNI-433、エンプレートNI-411(いずれもメルテックス社製)等の市販品を適宜用いることができる。
 また、上記配線層の材料として銅を用いた場合、硫酸、硫酸銅、塩酸、ポリエチレングリコールおよび界面活性剤を主成分とし、その他各種添加剤を加えた種々の電解液を用いることができる。
 このようにして形成される配線層は、LED発光素子の実装の設計に応じ、公知の方法でパターン形成される。また、実際にLEDが実装される箇所には、再度金属層(半田も含む)を設け、熱圧着や、フリップチップ、ワイヤボンディング等で、接続しやすいように適宜加工することができる。
 好適な金属層としては、半田、または、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)等の金属素材が好ましく、加熱によるLEDの実装の観点では、半田、または、Niを介してのAu、Agを設ける方法が接続信頼性の観点から好ましい。
 配線層の形成方法として以下で説明する金属インクを用いてインクジェット印刷法またはスクリーン印刷法によりパターンを形成すれば、凹凸のある表面に多くの工程を必要とせずに簡易にパターンを有する配線層を形成することができる。
 (インクジェット印刷法)
 導体金属を含む金属インクを用いてインクジェット印刷法により、反射基板の表面の所望の部位に配線層を形成することができる。具体的には、金属インクで配線パターンを形成し、その後焼成して配線とする。
 金属インクとしては、例えば、バインダー、界面活性剤などを含む溶媒に導体金属の微粒子を均一分散させたもの等が挙げられる。この場合、溶媒は、導体金属に対する親和性と揮発性とを兼ね備えたものであることが必要である。
 金属インクに含まれる導体金属としては、銀、銅、金、白金、ニッケル、アルミニウム、鉄、パラジウム、クロム、モリブデン、タングステンなどの金属の微粒子;酸化銀、酸化コバルト、酸化鉄、酸化ルテニウムなどの金属酸化物の微粒子;Cr-Co-Mn-Fe、Cr-Cu、Cr-Cu-Mn、Mn-Fe-Cu、Cr-Co-Fe、Co-Mn-Fe、Co-Ni-Cr-Feなどの複合合金の微粒子;銀めっき、銅などのめっき複合体の微粒子;等が挙げられ、これらを1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
 これらのうち、金属の微粒子が好ましく、銀、銅、金がより好ましく、耐酸化性に優れて高絶縁性酸化物を生成しにくく、低コストであり、配線パターンの焼成後における導電性が向上するという理由から、特に銀が好ましい。
 微粒子である導体金属の形状としては、特に限定されず、例えば、球状、粒状、鱗片状等が挙げられるが、微粒子同士の接触面積を大きくして導電性を向上させるという観点から、鱗片状が好ましい。
 金属インクに含まれる導体金属の平均サイズは、金属インクにより形成される配線パターン中の充填率を高めて導電性を向上させるという観点から、1~20nmが好ましく、5~10nmがより好ましい。
 (スクリーン印刷法)
 導体金属を含む金属インクを用いてスクリーン印刷法により、反射基板の表面の所望の部位に配線パターンを形成し、その後焼成して配線とする。
 スクリーン印刷法による金属インクの供給は、配線パターンに従った透過部分をスクリーンに設け、金属インクをこの透過部分からスキージングすることにより行うことができる。
 導体金属を含む金属インクとしては、上述したインクジェット印刷法で用いたものを用いることができる。
[LEDパッケージ]
 以下に、本発明のLEDパッケージについて詳細に説明する。
 本発明のLEDパッケージは、上述した本発明の反射基板と、その表面に実装されたLED発光素子とを有するLEDパッケージである。
 次に、本発明のLEDパッケージの構成について、図3を用いて説明する。
 図3に示すように、LEDパッケージ20は、反射基板1の表面(反射層3)上に実装されたLED8を有する。また、LED8は、蛍光粒子9を混入した透明樹脂10でモールドされており、外部接続用の電極を兼ねた金属配線層7を有する本発明の反射基板1にワイヤボンディングされている。
 本発明においては、上記LED発光素子は、基板上にGaAlN、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlAs、AlN、InN、AlInGaP、InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。
 半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構造のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。
 また、上記透明樹脂の材質は、熱硬化性樹脂が好ましい。
 上記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種により形成することが好ましく、特にエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂が好ましい。
 また、透明樹脂は、青色LEDを保護するため硬質のものが好ましい。
 また、透明樹脂は、耐熱性、耐候性、耐光性に優れた樹脂を用いることが好ましい。
 また、透明樹脂は、所定の機能を持たせるため、フィラー、拡散剤、顔料、蛍光物質、反射性物質、紫外線吸収剤、酸化防止剤からなる群から選択される少なくとも1種を混合することもできる。
 更に、上記蛍光粒子は、青色LEDからの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。
 蛍光粒子としては、具体的には、例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に付活される窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体、サイアロン系蛍光体、βサイアロン系蛍光体;Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体;Ce等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体;Eu等のランタノイド系元素で主に付活される有機錯体;等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 一方、本発明のLEDパッケージは、紫外~青色LEDとそれを吸収し可視光領域で蛍光を発する蛍光発光体とを用いた蛍光体混色型白色系LEDパッケージとしても使用することができる。
 これらの蛍光発光体が青色LEDからの青色光を吸収して蛍光(黄色系蛍光)を生じ、この蛍光と青色LEDの残光とにより、発光素子から白色系光が発光される。
 上述した方式は、青色LED光源チップと黄色蛍光体1種とを組み合わせたいわゆる「擬似白色発光型」であるが、このほかにも、例えば紫外~近紫外LED光源チップと赤色/緑色/青色蛍光体等を数種組み合わせた「紫外~近紫外光源型」、及び、赤色/緑色/青色3光源で白色発光させる「RGB光源型」、等の公知の発光方法を用いる発光ユニットとして本発明のLEDパッケージを使用することができる。
 本発明のLEDパッケージにおいて、本発明の反射基板にLED発光素子を実装する方法は加熱による実装を伴うが、半田リフローを含めての熱圧着、およびフリップチップによる実装方法では、均一かつ確実な実装を施す観点から、最高到達温度は220~350℃が好ましく、240~320℃がより好ましく、260~300℃が特に好ましい。
 これらの最高到達温度を維持する時間としては、同観点から2秒~10分が好ましく、5秒~5分がより好ましく、10秒~3分が特に好ましい。
 また、ワイヤボンディングでの実装時の温度としては、確実な実装を施す観点から、80~300℃が好ましく、90~250℃がより好ましく、100~200℃が特に好ましい。加熱時間としては、2秒~10分が好ましく、5秒~5分がより好ましく、10秒~3分が特に好ましい。
 以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。
〔反射基板の作製〕
 <実施例1>
 AL-160SG-3(平均粒子径:0.52μm、昭和電工社製)100gとポリビニルアルコール(PVA)バインダー0.5gと水20gとを混練した後に、300℃で2時間、焼成した。
 その後、プレスにて、3cm×3cm(平面四角形状)、厚さ2mmのサイズに成形し、昇温速度400℃/時で加熱し、1800℃になったところで8時間保持して、焼結を行い、アルミナセラミックス焼結体を作製した。
 次いで、作製したアルミナセラミックス焼結体に対して、カセイソーダ濃度5.0質量%、温度40℃の水溶液を用いてスプレーによるエッチング処理を10分間施し、表面を8g/m2溶解させた。
 その後、DISCO社製のサーフェスプレーナ(型番:DFS8910)を用いて、エッチング処理後の表面を研磨し、反射基板を作製した。
 <比較例1>
 (アルミニウム基板の作製)
 Si:0.06質量%、Fe:0.30質量%、Cu:0.005質量%、Mn:0.001質量%、Mg:0.001質量%、Zn:0.001質量%、Ti:0.03質量%を含有し、残部はAlと不可避不純物のアルミニウム合金を用いて溶湯を調製し、溶湯処理およびろ過を行った上で、厚さ500mm、幅1200mmの鋳塊をDC鋳造法で作製した。
 次いで、表面を平均10mmの厚さで面削機により削り取った後、550℃で、約5時間均熱保持し、温度400℃に下がったところで、熱間圧延機を用いて厚さ2.7mmの圧延板とした。
 更に、連続焼鈍機を用いて熱処理を500℃で行った後、冷間圧延で、厚さ1.0mmに仕上げ、JIS 1050材のアルミニウム基板を得た。
 (反射層形成材料の調製)
 水90g、リン酸85%(和光純薬)55gおよび水酸化アルミニウム(和光純薬)25gを混合したバインダー液Aに、無機粒子としてアルミナ粒子(アドマファイン、平均粒子径:45nm、アドマテックス社製)を250g添加し、撹拌することにより、反射層を形成する無機組成物を調製した。
 (反射層の形成)
 上記アルミニウム基板に対して、上記無機組成物をスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させることにより、反射層を有する反射基板を作製した。
 具体的には、100メッシュのポリエステルバイアス製の版を用いて、膜厚70μmとなるようにベタ印刷し、その後、250℃で30分間、熱風循環式乾燥炉にて乾燥させ成膜した。
 なお、反射層におけるリン酸アルミニウム(無機系結着剤)の存在は、赤外分光法(IR)により確認した。
 <比較例2>
 アルミナ粒子(アドマファイン、平均粒子径:45nm、アドマテックス社製)に代えて、アルミナ粒子(AL-160SG-3、平均粒子径:0.52μm、昭和電工社製)を用いた以外は、比較例1と同様の方法により、反射基板を作製した。
 <比較例3>
 比較例2で作製した反射基板を2.5質量%ケイ酸ソーダ液中に浸漬し、180℃、5分乾燥させてケイ酸ガラス質のオーバーコート層を有する反射基板を作製した。
 <実施例2>
 比較例2で作製した反射基板の表面をDISCO社製のサーフェスプレーナ(型番:DFS8910)を用いて研磨した反射基板を作製した。
 <実施例3>
 DISCO社製のサーフェスプレーナ(型番:DFS8910)に代えて、ダイアモンドラッピングシステム(MAT-MGR-311MF、MAT社製)を用い、研磨剤(リキッドダイアモンド(1-W2-PC-STD、ケメリット社製)を用いて研磨した以外は、実施例2と同様の方法により、反射基板を作製した。
 <実施例4>
 DISCO社製のサーフェスプレーナ(型番:DFS8910)に代えて、ダイアモンドラッピングシステム(MAT-MGR-311MF、MAT社製)を用い、研磨剤(リキッドダイアモンド 6-W2-PC-STD、ケメリット社製)を用いて研磨した以外は、実施例2と同様の方法により、反射基板を作製した。
 <比較例4>
 反射層形成材料として、以下に示す無機組成物を用いた以外は、比較例1と同様の方法により、反射基板を作製した。
 (反射層形成材料)
 以下に示す組成のバインダー液Bを100g用い、それに対して無機粒子としてアルミナ粒子(AL-160SG-3、平均粒子径:0.52μm、昭和電工社製)を250g添加し、撹拌することにより、反射層を形成する無機組成物を調製した。
 <バインダー液Bの組成>
 ・塩酸85%    (和光純薬)  46.9g
 ・水酸化アルミニウム(和光純薬)  11g
 ・水               90g
 <実施例5>
 比較例4で作製した反射基板の表面をDISCO社製のサーフェスプレーナ(型番:DFS8910)を用いて研磨した反射基板を作製した。
 <比較例5>
 比較例4で作製した反射基板の表面を、ダイアモンドラッピングシステム(MAT-MGR-311MF、MAT社製)を用い、研磨剤(リキッドダイアモンド 1-W2-PC-STD、ケメリット社製)を用いて研磨した反射基板を作製した。
 〔表面形状の測定〕
 上記で作製した各光反射基板の表面形状について、触針式の表面粗さ計(SURFCOM480A、ACCRETECH(東京精密)社製)を用いて、RaおよびPsmを測定した。これらの結果を下記第1表に示す。
 〔発光効率〕
 作製した各反射基板の表面に青色LED発光素子をワイヤボンディング法により実装し、Cu配線層と青色LED発光素子とを接続した。
 青色LED発光素子を実装した後、表面に黄色蛍光体を含有した封止材を設けることで、擬似白色型LEDパッケージを作製した。
 作製した各擬似白色型LEDパッケージについて、10Vの電圧で駆動した際の電流(A)と、色度X値=0.33での光拘束量(lm)とを測定し、下記式から発光効率(lm/W)を算出した。結果を下記第1表に示す。
 発光効率(lm/W)=光拘束量(lm)/(電流(A)×10(V))
 〔配線形成性〕
 銀ペースト(AGEP-201X、住友電工社製)をスクリーン印刷法で所定の配線パターンに形成した後、200℃で30分加熱することにより、反射基板の表面に配線(長さ:1mm、幅:100μm)を形成させた。以下に示す基準で配線の直線性および密着性を評価した。結果を下記第1表に示す。
 <直線性>
 A:光学顕微鏡で撮影し、配線の端部の変動(DV)を観察し、DVが2μm以下であるものを直線性に極めて優れるものとして「A」と評価した。
 B:光学顕微鏡で撮影し、配線の端部の変動(DV)を観察し、DVが2μm超5μm以下であるものを直線性に優れるものとして「B」と評価した。
 C:光学顕微鏡で撮影し、配線の端部の変動(DV)を観察し、DVが5μm超20μm以下であるものを直線性に劣るものとして「C」と評価した。
 D:光学顕微鏡で撮影し、配線の端部の変動(DV)を観察し、DVが20μm超であるものを直線性に極めて劣るものとして「D」と評価した。
 <密着性>
 A:配線(長さ:1mm、幅:100μm)を上から覆うように市販のテープを貼り付け、その後に剥離した際に、剥離が見られなかったものを密着性に優れるものとして「A」と評価した。
 B:配線(長さ:1mm、幅:100μm)を上から覆うように市販のテープを貼り付け、その後に剥離した際に、部分的に剥離が見られたものを密着性にやや劣るものとして「B」と評価した。
 C:配線(長さ:1mm、幅:100μm)を上から覆うように市販のテープを貼り付け、その後に剥離した際に、全て剥離したものを密着性に劣るものとして「C」と評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 第1表に示す結果から、Raが所定の数値範囲(0.01~0.20μm)外にある表面形状を有する反射基板は、配線の直線性が劣ることが分かった(比較例1、2、4および5)。
 また、Psmが所定の数値範囲(10~20μm)外にある表面形状を有する反射基板は、配線の密着性が劣ることが分かった(比較例3)。
 これに対し、RaおよびPsmが所定の範囲内にある表面形状を有する反射基板は、いずれも高い発光効率を維持し、配線形成性(直線性および密着性)に優れていることが分かった(実施例1~5)。
 1 反射基板
 2 金属基板
 3 反射層
 4 無機粒子
 5 無機系結着剤
 6 絶縁基板(アルミナセラミックス)
 7 金属配線層
 8 LED発光素子
 9 蛍光粒子
 10 透明樹脂
 20 LEDパッケージ

Claims (4)

  1.  LED発光素子を実装する表面を有するLED発光素子用反射基板であって、
     前記表面のうち、少なくとも前記LED発光素子が実装される部分以外の表面が、算術平均粗さRaが0.01~0.20μmであり、かつ、凹凸の平均間隔Psmが10~20μmであるLED発光素子用反射基板。
  2.  前記表面が、金属基板上に設けられる反射層の表面であり、
     前記反射層が、平均粒子径が0.1~5μmの無機粒子を用いて形成される請求項1に記載のLED発光素子用反射基板。
  3.  前記反射層が、さらに、リン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウムおよび塩化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種の無機系結着剤を用いて形成される請求項2に記載のLED発光素子用反射基板。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載のLED発光素子用反射基板と、前記表面に実装されたLED発光素子とを有するLEDパッケージ。
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