発光素子搭載用基板、発光装置およびこれらの製造方法
【課題】基板上にＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子の周囲を囲む枠体とを有する発光素子搭載用基板において、接着剤を用いることなく枠体を基板上に形成することができ且つ製品バリエーションにも柔軟に対応し得る基板を提供する。
【解決手段】基板１１の一方の面に発光素子１３の周囲を囲む枠体１４を形成する。前記枠体を形成する際に、ガラス印刷を実施して枠体に対応する開口部１４ａを有するガラス膜を前記基板上に設ける。
【解決手段】基板１１の一方の面に発光素子１３の周囲を囲む枠体１４を形成する。前記枠体を形成する際に、ガラス印刷を実施して枠体に対応する開口部１４ａを有するガラス膜を前記基板上に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置および発光素子搭載用基板に関し、特に基板上に複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を搭載したハイフラックス（高出力）型の発光装置および発光装置用の基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護に対する意識の高まりを背景に白熱電球や蛍光灯に代えてＬＥＤ素子を搭載したハイフラックス（高出力）型の発光装置が各種照明装置に利用されている。
【０００３】
ハイフラックスタイプの発光装置としては、比較的サイズの大きい大電力型のＬＥＤ素子を搭載したものや、比較的サイズの小さい小電力型のＬＥＤ素子を複数搭載することにより高出力を得るものがある。後者の方が熱源および電流の拡散、発光効率、素子面積当たりのコストの点で有利となる場合が多い。
【０００４】
特許文献１には、プリント基板上に搭載された複数のＬＥＤ素子と、各ＬＥＤ素子に対応して設けられた複数の開口部を有し且つ下面が接着剤を介してプリント基板に接合された反射板と、各開口部に充填された封止樹脂とを含むＬＥＤ光源が開示されている。また、反射板は、アルミニウムからなり、プレス加工によって製造される旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４１５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示されるような反射板とプリント基板とを接着剤を用いて貼り合わせるものにおいては、接着剤が反射板の下面からはみ出して開口部にまで侵入し、光出力に悪影響を及ぼす。また、はみ出した接着剤がボンディングワイヤに付着すると、封止樹脂と接着剤との熱膨張率の差に起因する応力によってボンディングワイヤが断線に至ることも懸念される。また、反射板はプレス加工によりあらかじめ成形されたものであるので、反射板の設計変更、すなわち、開口部の形状や大きさの変更、反射板の厚さの変更等を行う場合、新たに金型を作製する必要がありコストがかかる。従って、製品バリエーションへの柔軟な対応が困難となる。
【０００７】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、特に、基板上に複数のＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子の各々の周囲を囲む枠体とを有する発光装置において、接着剤を用いることなく枠体を基板上に形成することができ、且つ製品バリエーションにも柔軟に対応し得る発光素子搭載用基板、発光装置およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光素子搭載用基板は、基板の一方の面に枠体を設けた発光素子搭載用基板において、前記枠体が開口部を有する投光方向に積層された複数のガラス膜の積層体からなり、前記基板に接するガラス膜の開口部の面積が、他のガラス膜の開口部の面積より小さいことを特徴とする。
本発明の発光素子搭載用基板の製造方法は、印刷により前記ガラス膜を設けることを特徴とする。
本発明の発光装置は、前記発光素子搭載用基板を有する発光装置であって、前記基板上の前記枠体の前記開口部に対応する位置に搭載された発光素子を有することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、基板の一方の面に複数の発光素子搭載領域の各々の周囲を囲む枠体を形成する工程と、前記枠体を形成した後に、前記基板上の前記複数の発光素子搭載領域の各々に発光素子を搭載する工程と、を含み、前記枠体を形成する工程は、ガラス印刷を複数回実施して前記枠体に対応する複数の開口部を有する複数のガラス膜を前記基板上に積層する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光素子搭載用基板および発光装置は、接着剤を用いることなく基板上に枠体を設けるため、接着剤のはみ出しに起因する光出力や信頼性に対する悪影響を排除することができる。また、本発明における枠体は、ガラス印刷により形成することができるので、製品バリエーションにも柔軟に対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は底面図である。
【図２】図１（ａ）における２−２線に沿った断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板上の導体配線の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の等価回路図である。
【図５】本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の実装形態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。なお、以下に示す図において、実質的に同一または等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【実施例１】
【００１２】
図１（ａ）は、本発明の発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０の光放射面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、裏面側から見た底面図である。
【００１３】
素子搭載基板１１は、矩形形状を有するアルミナセラミック基板を用いることができる。素子搭載基板１１の素子搭載面には、導体配線１２と、導体配線１２に接続された２つの給電端子１２ａおよび１２ｂが形成されている。給電端子１２ａおよび１２ｂは、それぞれアノード端子およびカソード端子に対応し、素子搭載基板１１の素子搭載面の両端部に配置されている。素子搭載基板１１は、素子搭載面に複数のＬＥＤ素子１３を搭載するための素子搭載領域を有している。
【００１４】
複数のＬＥＤ素子１３は、素子搭載基板１１上に行および列をなして搭載される。ＬＥＤ素子１３の各々は、素子搭載基板１１上に、例えば熱硬化性の樹脂系接着剤等を用いて固着され、ボンディングワイヤ１７によって導体配線１２に電気的に接続される。図３は、素子搭載基板１１上の導体配線１２の配線パターンを示す平面図であり、図４は、かかる配線パターンにより実現される半導体発光装置１０の回路構成を示す等価回路図である。導体配線１２により、４８個のＬＥＤ素子１３は、３×８のマトリックス接続を２系統並置した形態で接続される。ＬＥＤ素子１３の各々は、例えば１辺が１．０ｍｍ以下の小、中電力タイプ発光素子であり、ＧａＮ系半導体層を含む青色ＬＥＤ素子である。
【００１５】
リフレクタ１４は、例えば、ホウケイ酸ガラス等のガラス材に、光散乱粒子として酸化チタン（ＴｉＯ２）または硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）等を含有させた物から形成できる。光散乱粒子を含有させることにより、投光方向に向かう光の量を増大させ、発光効率の向上を図ることができる。リフレクタ１４は、ＬＥＤ素子１３の各々の周囲を囲む光反射枠（枠体）を形成する複数の開口部１４ａを有している。すなわち、開口部１４ａは、各ＬＥＤ素子１３に対応して設けられている。リフレクタ１４は、例えば、スクリーン印刷と焼成を行うことにより形成することができる。
【００１６】
また、リフレクタ１４は、素子搭載基板１１の素子搭載面に接着剤を用いることなく直接接合される。リフレクタ１４の投光方向に対する厚さは、例えば約４２０μｍとすることができ、ＬＥＤ素子１３の投光方向に対する厚さよりも厚くすることができる。すなわち、リフレクタ１４の上面の高さ位置は、ＬＥＤ素子１３の上面の高さ位置よりも高くなっている。給電端子１２ａおよび１２ｂ上は、リフレクタ１４を形成するガラス膜で覆われておらず、露出している。
【００１７】
リフレクタ１４の開口部１４ａの側壁は、素子搭載面とのなす角が約４５°となる傾斜を有することができ、この場合、光反射枠は「すり鉢形状」を有している。つまり、開口部１４ａの開口径（開口部面積）は投光方向に進むにつれて大きくなっている。リフレクタ１４は、光反射枠を形成すると共に発光領域を区画する。すなわち、ＬＥＤ素子１３から放射され側方に拡がる光は、光反射枠で反射されて投光方向前方に向かうこととなる。互いに隣接する開口部１４ａ間の距離（換言すれば互いに隣接するＬＥＤ素子１３間の距離）Ｗ１は、例えば２．８ｍｍとすることができる。
【００１８】
封止樹脂１５は、リフレクタ１４の開口部１４ａの各々に充填され、開口部１４ａ内において、ＬＥＤ素子１３およびボンディングワイヤ１７を埋入するように形成される。封止樹脂１５は、光透過性を有するシリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂等を用いることができる。また封止樹脂１５には、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）に付活剤としてＣｅ（セリウム）を導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を分散させることができる。蛍光体は、例えば、ＬＥＤ素子１３から放射されるピーク波長約４６０ｎｍの青色光を吸収して、これを波長５６０ｎｍ前後に発光ピークを持つ黄色光に変換することができる。この場合、半導体発光装置１０からは、蛍光体により波長変換された黄色光と、波長変換されずに封止樹脂１５を透過した青色光が混ざることにより白色光が放射される。
【００１９】
素子搭載基板１１の素子搭載面とは反対側の面（以下裏面と称する）は、半導体発光装置１０を実装基板（放熱基板）に実装する際の実装面とすることができる。この場合、素子搭載基板１１の裏面には、導体配線や給電端子は設けられていない。素子搭載基板１１の裏面には、ほぼ全域に亘って延在する裏面ガラス１６を設けることができる。裏面ガラス１６は、素子搭載面側のリフレクタ１４と同一熱膨張率のガラス材を用いることが好ましく、リフレクタ１４と同一組成のガラス材を用いることがより好ましい。裏面ガラス１６の厚さは、リフレクタ１４を形成するガラスの厚さよりも薄くすることができ、例えば、１５０μｍとすることができる。
【００２０】
裏面ガラス１６は、素子搭載基板１１の反りを抑制する効果を有する。すなわち、素子搭載基板１１は、アルミナセラッミクスからなり、素子搭載面に設けられたリフレクタ１４を形成するガラス膜と熱膨張率が異なる。熱膨張率が互いに異なる材料が密着している状況において熱が加わると、熱膨張率の小さい材料が熱膨張率の大きい材料の熱膨張に追従できなくなるため反りが生じる。リフレクタ１４の熱膨張率は、素子搭載基板１１の熱膨張率よりも大きいため、裏面ガラス１６を形成しない場合には、素子搭載面側が凸となる反りが生じるおそれがある。素子搭載基板１１を実装基板（放熱基板）に接合して使用する場合において、素子搭載基板１１に反りが生じると実装基板との密着性が低下するため放熱性が低下する。放熱性の低下は、発光効率の低下やＬＥＤ素子間における輝度ムラの原因となり、またＬＥＤ素子１３の寿命を短くする原因ともなる。本実施例のように、素子搭載基板１１の裏面にもリフレクタ１４を形成するガラスと同程度の熱膨張率を有する裏面ガラス１６を形成することにより、反りを誘発する応力が素子搭載基板１１の両面で生じる結果、相殺され、素子搭載基板１１の反りを低減または防止することができる。かかる応力の相殺を生じさせるべく、裏面ガラス１６の素子搭載基板１１に対する熱膨張率の大小関係と、リフレクタ１４の素子搭載基板１１に対する熱膨張率の大小関係とが一致するように、裏面ガラス１６のガラス材を選択する。つまり、リフレクタ１４の熱膨張率が素子搭載基板１１の熱膨張率よりも大きい場合には、裏面ガラス１６は素子搭載基板１１の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有するガラス材を使用し、その逆についても同様にする。
【００２１】
裏面ガラス１６は実装面側に設けられており、放熱性を確保する必要があることから裏面ガラス１６の厚さは素子搭載基板の反りを解消し得る限りにおいて薄い方が好ましく、具体的には４０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上１９０μｍ以下であることがより好ましい。裏面ガラス１６が素子搭載基板１１に被着する面積を、リフレクタ１４が素子搭載基板１１に被着する面積よりも大きくすることにより、裏面ガラス１６の厚さを薄くすることができる。本実施例においては、リフレクタ１４は複数の開口部１４ａを有しており、且つ給電端子１２ａ、１２ｂ上にはリフレクタ１４は被着していない。一方、裏面ガラス１６は素子搭載基板１１の裏面のほぼ全域に亘って形成されており、リフレクタ１４が素子搭載基板１１に被着する面積よりも裏面ガラス１６が素子搭載基板１１に被着する面積の方が大きくなっている。
【００２２】
また、裏面ガラス１６の表面（実装基板と接する面）は、平坦であることが好ましく、表面の凹凸の高さが１０μｍ以下であることが好ましい。裏面ガラス１６と実装基板（放熱基板）との間にシリコーングリスや放熱シート等の密着材３２を介在させて素子搭載基板１１を実装基板（放熱基板）に接合する場合において、裏面ガラス１６の平坦性を確保することにより、密着材３２と裏面ガラス１６との間に空隙が生じにくくなり密着性が向上し、高い放熱性が得られる。裏面ガラス１６は、例えば複数回に亘って焼成を行うことにより平坦な表面とすることができる。
【００２３】
次に、図５（ａ）−（ｅ）を参照して、本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板および当該発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の製造方法について説明する。
【００２４】
はじめに、素子搭載基板１１の基材となる焼成済みのアルミナセラミック基板を用意する。アルミナセラミック基板には、焼成前に必要に応じて穴あけ加工等が施されていてもよい。次に、導体配線１２および給電端子１２ａ、１２ｂの材料となる導体ペーストを用意する。導体ペーストは、導体を形成する主成分たる金属粉末と必要に応じて添加される種々の添加剤（無機結合剤、ガラスフリット、フィラー等）とを有機媒質（ビヒクル）に分散させることにより調製される。導体ペーストは、スクリーン印刷等の一般的な手法によりアルミナセラミック基板の表面に印刷される。その後、適当な温度で焼成することにより、アルミナセラミック基板上に所定の配線パターンを有する導体配線１２および給電端子１２ａ、１２ｂが形成され、素子搭載基板１１が得られる（図５（ａ））。
【００２５】
次に、素子搭載基板１１の素子搭載面にリフレクタ１４を形成する。リフレクタ１４の材料であるガラスペーストを用意する。ガラスペーストは、SiO2、B2O3、Al2O3等を主成分とするガラス粉末と、酸化チタン（ＴｉＯ２）または硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）等の光散乱粒子とを有機媒質（ビヒクル）に分散させることにより調製される。ガラスペーストは、スクリーン印刷法により素子搭載基板１１の素子搭載面に印刷・塗布される。スクリーン印刷においては、リフレクタ１４の開口部１４ａの各々に対応する複数の円形遮蔽部を有するメッシュマスクが用いられる。その後、適当な温度でガラスペーストを焼成する。リフレクタ１４は、リフレクタ１４を形成するガラス膜が所望の厚さになるまで印刷と焼成を繰り返し実施して形成しても良い。例えば、１回の印刷および焼成で厚さ４０μｍのガラス膜を形成し、これを複数回実施することにより、複数のガラス膜が積層されて厚さ４２０μｍ程度のリフレクタ１４を形成しても良い。このとき、開口部１４ａに対応する遮蔽部の径が互いに異なる数種類のメッシュマスクを用意しておき、印刷回数が進むにつれて適宜遮蔽部の径がより大きいメッシュマスクを選択して印刷を行うことができる。つまり、枠体を構成するガラス膜において、基板に接するガラス膜（最も下層のガラス膜）の開口部の面積は、最も上層のガラス膜の開口部の面積より小さくすることができる。ここで、上層とは複数のガラス膜のうちの任意の一の層からみて当該一の層よりも上方（投光方向前方）に形成されている層をいい、下層とは当該一の層よりも下方（投光方向後方）に形成されている層をいう。複数のガラス膜の開口部面積を適宜変化させることにより、開口部１４ａの側壁がすり鉢形状の傾斜を有するガラス膜からなるリフレクタ１４を形成することができる。尚、複数のガラス膜を積層する際、積層体の高さの増加量と開口部の開口径の増加量とが１対１になるように印刷と焼成を繰り返し実施すると、開口部１４ａの側壁を概ね４５°とすることができる（図５（ｂ））。
【００２６】
次に、素子搭載基板１１の裏面に裏面ガラス１６を形成する。裏面ガラス１６は、リフレクタ１４と同一成分のガラスペーストをスクリーン印刷・焼成することにより形成される。印刷および焼成は、裏面ガラス１６が所望の厚さ（例えば１５０μｍ）になるまで複数回実施される。焼成を複数回実施することにより、裏面ガラス１６の表面は滑らかな平坦面となる。裏面ガラス１６は、素子搭載基板１１の裏面のほぼ全域に延在するように形成される（図５（ｃ））。以上の各工程を経て発光素子搭載用基板が完成する。
【００２７】
以降の工程は、上記各工程を経て作製された発光素子搭載基板を用いた発光装置の製造工程である。発光素子搭載用基板のリフレクタ１４の各開口部１４ａ内部において露出した素子搭載基板１１の素子搭載領域に、熱硬化性の樹脂系接着剤をディスペンス法により塗布する。続いて、チップマウンタを用いてＬＥＤ素子１３を接着剤の上にマウントする。各開口部１４ａ内部にはそれぞれ１つのＬＥＤ素子１３が収容される。その後、熱処理を行って接着剤を硬化させる。次に、ＬＥＤ素子１３の電極と、導体配線１２とをボンディングワイヤで接続する（図５（ｄ））。
【００２８】
次に、ＬＥＤ素子１３およびボンディングワイヤ１７を埋入するように、蛍光体が分散されたシリコーン樹脂からなる封止樹脂１５をリフレクタ１４の開口部１４ａの各々に充填する。その後、熱処理を行って封止樹脂１５を硬化させる。蛍光体は、例えばＹＡＧに付活剤としてＣｅを導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を使用することができる。封止樹脂１５は、エポキシ樹脂やウレタン樹脂であってもよい（図５（ｅ））。
【００２９】
以上の各工程を経ることにより半導体発光装置１０が完成する。
【００３０】
図６は、本実施例の発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０の実装形態を示す断面図である。半導体発光装置１０は、例えば照明装置を構成する実装基板（放熱基板）３０上に実装される。実装基板３０は、例えば熱伝導性が良好なＡｌからなり、ＬＥＤ素子１３から発せられた熱は、実装基板３０に向けて拡散するようになっている。裏面ガラス１６と実装基板３０との間には、放熱シートまたはシリコーングリス等の熱伝導性が良好な密着材３２が設けられている。これにより、素子搭載基板１１と実装基板３０の密着性が確保され、高い放熱性が得られる。
【００３１】
実装基板３０上には、半導体発光装置１０に隣接するようにガラスエポキシ樹脂等からなる配線基板３４が設けられている。配線基板３４は、実装基板３０上における半導体発光装置１０の搭載領域を露出させる開口部を有していてもよい。配線基板３４の表面には、半導体発光装置１０に対して給電を行うための導体配線３６が形成されている。導体配線３６には、半導体発光装置１０に向けて延出する一対のコネクタ３８が接続されている。コネクタ３８は、先端部が給電端子１２ａ、１２ｂに当接され、半導体発光装置１０を実装基板３０側に押し付ける付勢力を付与するバネ接点を形成している。これにより、半導体発光装置１０に対する給電が可能となると共に、半導体発光装置１０と実装基板３０との密着性が確保される。
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本実施例に係る発光素子搭載用基板の製造方法によれば、リフレクタ１４を複数回に亘るガラス印刷により形成するので、リフレクタ１４の厚さや光反射枠の形状の制御が容易である。例えば、リフレクタ１４の厚さは印刷・焼成の回数を増減させることにより制御可能である。また光反射枠の形状や大きさを変更する場合にはメッシュマスクの変更のみで対応が可能である。従って、製品バリエーションに柔軟に対応することが可能となる。
【００３３】
また、本実施例に係る発光素子搭載用基板の製造方法によれば、接着剤を用いることなくリフレクタ１４を素子搭載基板１１上に形成することができるので、接着剤のはみ出しに起因する光出力や信頼性への悪影響を回避することが可能となる。
【００３４】
また、本実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０は、素子搭載基板１１上に複数のＬＥＤ素子１３を搭載する構成を有するので、単一のＬＥＤ素子を有するＬＥＤパッケージの各々を、基板上に配列する構成のものと比較して互いに隣接するＬＥＤ素子間の距離を小さくすることが可能となる。これにより、複数の発光色を混色させる場合において、混色性を向上させることが可能となる。
【００３５】
また、本実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０は、ＬＥＤ素子１３の各々に対応して設けられたリフレクタ１４の開口部１４ａによって光反射枠が形成されると共に発光領域が区画される。これにより、ＬＥＤ素子１３とリフレクタ１４との間の距離を小さくすることができる。従って、各ＬＥＤ素子から放射され光放射面に対して垂直方向に進行する光と、光放射面に対して斜め方向に進行し光反射枠で反射して光放射面へ進行する光との間で、封止樹脂１５内における光路長差が小さくなり、発光色の色ムラおよび光吸収を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、本実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０によれば、素子搭載基板１１の裏面には、リフレクタ１４を形成するガラス材と同一組成のガラス材からなる裏面ガラス１６が設けられているので、リフレクタ１４と素子搭載基板１１との間の熱膨張率差に起因する素子搭載基板１１の反りを低減または解消することが可能となる。かかる効果は、素子搭載基板の面積が比較的大きい複数のＬＥＤ素子を搭載したハイフラックス型の半導体発光装置において、より顕著となる。素子搭載基板１１の反りが低減または解消されることにより、素子搭載基板１１と実装基板３０との密着性が向上し、放熱性を向上させることが可能となる。これにより、ＬＥＤ素子の発光効率が改善されるのみならず、ＬＥＤ素子の寿命低下の問題も解消される。更に、素子搭載基板１１の全面に亘って均一な放熱性が確保されるのでＬＥＤ素子間の輝度ムラを防止できる。また、放熱性が向上したことにより、ＬＥＤ素子間の距離をより小さくすることが可能となり、混色性の更なる改善に寄与することができる。さらに、裏面ガラス１６を形成するガラス膜は、素子搭載基板１１を形成するアルミナセラミックスよりもシリコーングリス等の密着材３２との親和性が良好である。すなわち、本実施例に係る発光素子搭載用基板に裏面ガラス１６を設けることにより、上記した素子搭載基板１１の反りの解消に加え、裏面ガラス１６と密着材３２との親和性が向上するという異なる二つの理由により、素子搭載基板１１と実装基板３０との密着性を向上させることができる。
【実施例２】
【００３７】
以下に、本発明の実施例２に係る発光素子搭載用基板について図面を参照しつつ説明する。図７は、本発明の実施例２に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置２０を光放射面側から見た平面図である。
【００３８】
半導体発光装置２０は、上記した半導体発光装置１０と基本構成は同一であり、導体配線１２を有する素子搭載基板１１と、素子搭載基板１１の素子搭載面に搭載された複数のＬＥＤ素子１３と、ＬＥＤ素子１３の各々の周囲を囲む光反射枠を形成する複数の開口部１４ａを有するリフレクタ１４と、開口部１４ａの各々を充填する蛍光体を含有する封止樹脂１５ａおよび１５ｂと、素子搭載基板１１のほぼ全面に亘って延在する裏面ガラス１６とを含んでいる。
【００３９】
半導体発光装置２０は、波長変換特性が互いに異なる２種類の蛍光体を含有する封止樹脂１５ａおよび１５ｂを用い、互いに発光色が異なる２種類の光を生成し、これらを混色させて放射する構成となっている。
【００４０】
リフレクタ１４は、ＬＥＤ素子１３の配列形態に対応した５行×６列で配列された複数の開口部１４ａを有している。かかる開口部１４ａによってＬＥＤ素子１３の周囲を囲む光反射枠が形成されると共に発光領域が区画される。波長変換特性が互いに異なる蛍光体を含有する２種類の封止樹脂１５ａおよび１５ｂが、所定の配列となるように開口部１４ａ内に充填される。蛍光体は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２母体のＹの一部をＧｂ、Ｔｂ等で置換し、Ａｌの一部をＧａ等で置換して母体構造を変更することにより、発光ピークを長波長側または短波長側にずらすことができる。例えば、昼光色を得るべく調製された第１の封止樹脂１５ａ（図７においてハッチングで示す）は、開口部１４ａ内に行方向および列方向において１つ飛びで充填される。また、電球色を得るべく調製された第２の封止樹脂１５ｂは、残りの開口部１４ａに充填される。すなわち、第１および第２の封止樹脂１５ａおよび１５ｂは、互い違いに千鳥模様を形成する様に配列される。かかる配列とすることにより、混色性を向上することができる。
【００４１】
また、導体配線１２は、発光色毎に光量を調整できるように２系統の回路を形成している。すなわち、第１の封止樹脂１５ａ内に埋入されるＬＥＤ素子と、第２の封止樹脂１５ｂ内に埋入されるＬＥＤ素子には、導体配線１２を介して別個に電力を供給できるようになっている。給電端子１２ａおよび１２ｂは第１系統におけるアノード端子およびカソード端子に対応し、給電端子１２ｃおよび１２ｄは第２系統におけるアノード端子およびカソード端子に対応する。かかる回路構成とすることにより、発光色を昼光色から電球色の間で調光することが可能となる。尚、導体配線１２は、素子搭載基板１１の裏面側に形成されていてもよい。この場合、裏面側の導体配線は、スルーホール等を介して素子搭載面側の導体配線に接続される。
【００４２】
上記した実施例においては、ＬＥＤ素子と導体配線は、ボンディングワイヤを用いて接続することとしたが、フリップチップ接続であってもよい。また、ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤに限らず、あらゆる発光色のものを使用することができる。さらに、リフレクタの開口部の形状、大きさ、配列形態は適宜変更することができる。また、リフレクタの１つの開口部内に複数のＬＥＤ素子を収容することとしてもよい。この場合、１つの開口部内に収容されるＬＥＤ素子の発光色は互いに異なっていてもよい。また、蛍光体の波長変換特性は、所望の発光色が得られるように適宜選択することが可能であり、封止樹脂が蛍光体を含有していなくてもよい。さらに、リフレクタおよび裏面ガラスを形成するガラス膜は、ホウケイ酸ガラス以外の他のガラス材であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 半導体発光装置
１１ 素子搭載基板
１２ 導体配線
１３ ＬＥＤ素子
１４ リフレクタ
１４ａ 開口部
１５ 封止樹脂
１６ 裏面ガラス
１７ ボンディングワイヤ
３０ 実装基板
３２ 密着材
３４ 配線基板
３６ 導体配線
３８ コネクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置および発光素子搭載用基板に関し、特に基板上に複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を搭載したハイフラックス（高出力）型の発光装置および発光装置用の基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護に対する意識の高まりを背景に白熱電球や蛍光灯に代えてＬＥＤ素子を搭載したハイフラックス（高出力）型の発光装置が各種照明装置に利用されている。
【０００３】
ハイフラックスタイプの発光装置としては、比較的サイズの大きい大電力型のＬＥＤ素子を搭載したものや、比較的サイズの小さい小電力型のＬＥＤ素子を複数搭載することにより高出力を得るものがある。後者の方が熱源および電流の拡散、発光効率、素子面積当たりのコストの点で有利となる場合が多い。
【０００４】
特許文献１には、プリント基板上に搭載された複数のＬＥＤ素子と、各ＬＥＤ素子に対応して設けられた複数の開口部を有し且つ下面が接着剤を介してプリント基板に接合された反射板と、各開口部に充填された封止樹脂とを含むＬＥＤ光源が開示されている。また、反射板は、アルミニウムからなり、プレス加工によって製造される旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４１５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示されるような反射板とプリント基板とを接着剤を用いて貼り合わせるものにおいては、接着剤が反射板の下面からはみ出して開口部にまで侵入し、光出力に悪影響を及ぼす。また、はみ出した接着剤がボンディングワイヤに付着すると、封止樹脂と接着剤との熱膨張率の差に起因する応力によってボンディングワイヤが断線に至ることも懸念される。また、反射板はプレス加工によりあらかじめ成形されたものであるので、反射板の設計変更、すなわち、開口部の形状や大きさの変更、反射板の厚さの変更等を行う場合、新たに金型を作製する必要がありコストがかかる。従って、製品バリエーションへの柔軟な対応が困難となる。
【０００７】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、特に、基板上に複数のＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子の各々の周囲を囲む枠体とを有する発光装置において、接着剤を用いることなく枠体を基板上に形成することができ、且つ製品バリエーションにも柔軟に対応し得る発光素子搭載用基板、発光装置およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光素子搭載用基板は、基板の一方の面に枠体を設けた発光素子搭載用基板において、前記枠体が開口部を有する投光方向に積層された複数のガラス膜の積層体からなり、前記基板に接するガラス膜の開口部の面積が、他のガラス膜の開口部の面積より小さいことを特徴とする。
本発明の発光素子搭載用基板の製造方法は、印刷により前記ガラス膜を設けることを特徴とする。
本発明の発光装置は、前記発光素子搭載用基板を有する発光装置であって、前記基板上の前記枠体の前記開口部に対応する位置に搭載された発光素子を有することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、基板の一方の面に複数の発光素子搭載領域の各々の周囲を囲む枠体を形成する工程と、前記枠体を形成した後に、前記基板上の前記複数の発光素子搭載領域の各々に発光素子を搭載する工程と、を含み、前記枠体を形成する工程は、ガラス印刷を複数回実施して前記枠体に対応する複数の開口部を有する複数のガラス膜を前記基板上に積層する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光素子搭載用基板および発光装置は、接着剤を用いることなく基板上に枠体を設けるため、接着剤のはみ出しに起因する光出力や信頼性に対する悪影響を排除することができる。また、本発明における枠体は、ガラス印刷により形成することができるので、製品バリエーションにも柔軟に対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は底面図である。
【図２】図１（ａ）における２−２線に沿った断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板上の導体配線の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の等価回路図である。
【図５】本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の実装形態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。なお、以下に示す図において、実質的に同一または等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【実施例１】
【００１２】
図１（ａ）は、本発明の発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０の光放射面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、裏面側から見た底面図である。
【００１３】
素子搭載基板１１は、矩形形状を有するアルミナセラミック基板を用いることができる。素子搭載基板１１の素子搭載面には、導体配線１２と、導体配線１２に接続された２つの給電端子１２ａおよび１２ｂが形成されている。給電端子１２ａおよび１２ｂは、それぞれアノード端子およびカソード端子に対応し、素子搭載基板１１の素子搭載面の両端部に配置されている。素子搭載基板１１は、素子搭載面に複数のＬＥＤ素子１３を搭載するための素子搭載領域を有している。
【００１４】
複数のＬＥＤ素子１３は、素子搭載基板１１上に行および列をなして搭載される。ＬＥＤ素子１３の各々は、素子搭載基板１１上に、例えば熱硬化性の樹脂系接着剤等を用いて固着され、ボンディングワイヤ１７によって導体配線１２に電気的に接続される。図３は、素子搭載基板１１上の導体配線１２の配線パターンを示す平面図であり、図４は、かかる配線パターンにより実現される半導体発光装置１０の回路構成を示す等価回路図である。導体配線１２により、４８個のＬＥＤ素子１３は、３×８のマトリックス接続を２系統並置した形態で接続される。ＬＥＤ素子１３の各々は、例えば１辺が１．０ｍｍ以下の小、中電力タイプ発光素子であり、ＧａＮ系半導体層を含む青色ＬＥＤ素子である。
【００１５】
リフレクタ１４は、例えば、ホウケイ酸ガラス等のガラス材に、光散乱粒子として酸化チタン（ＴｉＯ２）または硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）等を含有させた物から形成できる。光散乱粒子を含有させることにより、投光方向に向かう光の量を増大させ、発光効率の向上を図ることができる。リフレクタ１４は、ＬＥＤ素子１３の各々の周囲を囲む光反射枠（枠体）を形成する複数の開口部１４ａを有している。すなわち、開口部１４ａは、各ＬＥＤ素子１３に対応して設けられている。リフレクタ１４は、例えば、スクリーン印刷と焼成を行うことにより形成することができる。
【００１６】
また、リフレクタ１４は、素子搭載基板１１の素子搭載面に接着剤を用いることなく直接接合される。リフレクタ１４の投光方向に対する厚さは、例えば約４２０μｍとすることができ、ＬＥＤ素子１３の投光方向に対する厚さよりも厚くすることができる。すなわち、リフレクタ１４の上面の高さ位置は、ＬＥＤ素子１３の上面の高さ位置よりも高くなっている。給電端子１２ａおよび１２ｂ上は、リフレクタ１４を形成するガラス膜で覆われておらず、露出している。
【００１７】
リフレクタ１４の開口部１４ａの側壁は、素子搭載面とのなす角が約４５°となる傾斜を有することができ、この場合、光反射枠は「すり鉢形状」を有している。つまり、開口部１４ａの開口径（開口部面積）は投光方向に進むにつれて大きくなっている。リフレクタ１４は、光反射枠を形成すると共に発光領域を区画する。すなわち、ＬＥＤ素子１３から放射され側方に拡がる光は、光反射枠で反射されて投光方向前方に向かうこととなる。互いに隣接する開口部１４ａ間の距離（換言すれば互いに隣接するＬＥＤ素子１３間の距離）Ｗ１は、例えば２．８ｍｍとすることができる。
【００１８】
封止樹脂１５は、リフレクタ１４の開口部１４ａの各々に充填され、開口部１４ａ内において、ＬＥＤ素子１３およびボンディングワイヤ１７を埋入するように形成される。封止樹脂１５は、光透過性を有するシリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂等を用いることができる。また封止樹脂１５には、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）に付活剤としてＣｅ（セリウム）を導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を分散させることができる。蛍光体は、例えば、ＬＥＤ素子１３から放射されるピーク波長約４６０ｎｍの青色光を吸収して、これを波長５６０ｎｍ前後に発光ピークを持つ黄色光に変換することができる。この場合、半導体発光装置１０からは、蛍光体により波長変換された黄色光と、波長変換されずに封止樹脂１５を透過した青色光が混ざることにより白色光が放射される。
【００１９】
素子搭載基板１１の素子搭載面とは反対側の面（以下裏面と称する）は、半導体発光装置１０を実装基板（放熱基板）に実装する際の実装面とすることができる。この場合、素子搭載基板１１の裏面には、導体配線や給電端子は設けられていない。素子搭載基板１１の裏面には、ほぼ全域に亘って延在する裏面ガラス１６を設けることができる。裏面ガラス１６は、素子搭載面側のリフレクタ１４と同一熱膨張率のガラス材を用いることが好ましく、リフレクタ１４と同一組成のガラス材を用いることがより好ましい。裏面ガラス１６の厚さは、リフレクタ１４を形成するガラスの厚さよりも薄くすることができ、例えば、１５０μｍとすることができる。
【００２０】
裏面ガラス１６は、素子搭載基板１１の反りを抑制する効果を有する。すなわち、素子搭載基板１１は、アルミナセラッミクスからなり、素子搭載面に設けられたリフレクタ１４を形成するガラス膜と熱膨張率が異なる。熱膨張率が互いに異なる材料が密着している状況において熱が加わると、熱膨張率の小さい材料が熱膨張率の大きい材料の熱膨張に追従できなくなるため反りが生じる。リフレクタ１４の熱膨張率は、素子搭載基板１１の熱膨張率よりも大きいため、裏面ガラス１６を形成しない場合には、素子搭載面側が凸となる反りが生じるおそれがある。素子搭載基板１１を実装基板（放熱基板）に接合して使用する場合において、素子搭載基板１１に反りが生じると実装基板との密着性が低下するため放熱性が低下する。放熱性の低下は、発光効率の低下やＬＥＤ素子間における輝度ムラの原因となり、またＬＥＤ素子１３の寿命を短くする原因ともなる。本実施例のように、素子搭載基板１１の裏面にもリフレクタ１４を形成するガラスと同程度の熱膨張率を有する裏面ガラス１６を形成することにより、反りを誘発する応力が素子搭載基板１１の両面で生じる結果、相殺され、素子搭載基板１１の反りを低減または防止することができる。かかる応力の相殺を生じさせるべく、裏面ガラス１６の素子搭載基板１１に対する熱膨張率の大小関係と、リフレクタ１４の素子搭載基板１１に対する熱膨張率の大小関係とが一致するように、裏面ガラス１６のガラス材を選択する。つまり、リフレクタ１４の熱膨張率が素子搭載基板１１の熱膨張率よりも大きい場合には、裏面ガラス１６は素子搭載基板１１の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有するガラス材を使用し、その逆についても同様にする。
【００２１】
裏面ガラス１６は実装面側に設けられており、放熱性を確保する必要があることから裏面ガラス１６の厚さは素子搭載基板の反りを解消し得る限りにおいて薄い方が好ましく、具体的には４０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上１９０μｍ以下であることがより好ましい。裏面ガラス１６が素子搭載基板１１に被着する面積を、リフレクタ１４が素子搭載基板１１に被着する面積よりも大きくすることにより、裏面ガラス１６の厚さを薄くすることができる。本実施例においては、リフレクタ１４は複数の開口部１４ａを有しており、且つ給電端子１２ａ、１２ｂ上にはリフレクタ１４は被着していない。一方、裏面ガラス１６は素子搭載基板１１の裏面のほぼ全域に亘って形成されており、リフレクタ１４が素子搭載基板１１に被着する面積よりも裏面ガラス１６が素子搭載基板１１に被着する面積の方が大きくなっている。
【００２２】
また、裏面ガラス１６の表面（実装基板と接する面）は、平坦であることが好ましく、表面の凹凸の高さが１０μｍ以下であることが好ましい。裏面ガラス１６と実装基板（放熱基板）との間にシリコーングリスや放熱シート等の密着材３２を介在させて素子搭載基板１１を実装基板（放熱基板）に接合する場合において、裏面ガラス１６の平坦性を確保することにより、密着材３２と裏面ガラス１６との間に空隙が生じにくくなり密着性が向上し、高い放熱性が得られる。裏面ガラス１６は、例えば複数回に亘って焼成を行うことにより平坦な表面とすることができる。
【００２３】
次に、図５（ａ）−（ｅ）を参照して、本発明の実施例に係る発光素子搭載用基板および当該発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置の製造方法について説明する。
【００２４】
はじめに、素子搭載基板１１の基材となる焼成済みのアルミナセラミック基板を用意する。アルミナセラミック基板には、焼成前に必要に応じて穴あけ加工等が施されていてもよい。次に、導体配線１２および給電端子１２ａ、１２ｂの材料となる導体ペーストを用意する。導体ペーストは、導体を形成する主成分たる金属粉末と必要に応じて添加される種々の添加剤（無機結合剤、ガラスフリット、フィラー等）とを有機媒質（ビヒクル）に分散させることにより調製される。導体ペーストは、スクリーン印刷等の一般的な手法によりアルミナセラミック基板の表面に印刷される。その後、適当な温度で焼成することにより、アルミナセラミック基板上に所定の配線パターンを有する導体配線１２および給電端子１２ａ、１２ｂが形成され、素子搭載基板１１が得られる（図５（ａ））。
【００２５】
次に、素子搭載基板１１の素子搭載面にリフレクタ１４を形成する。リフレクタ１４の材料であるガラスペーストを用意する。ガラスペーストは、SiO2、B2O3、Al2O3等を主成分とするガラス粉末と、酸化チタン（ＴｉＯ２）または硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）等の光散乱粒子とを有機媒質（ビヒクル）に分散させることにより調製される。ガラスペーストは、スクリーン印刷法により素子搭載基板１１の素子搭載面に印刷・塗布される。スクリーン印刷においては、リフレクタ１４の開口部１４ａの各々に対応する複数の円形遮蔽部を有するメッシュマスクが用いられる。その後、適当な温度でガラスペーストを焼成する。リフレクタ１４は、リフレクタ１４を形成するガラス膜が所望の厚さになるまで印刷と焼成を繰り返し実施して形成しても良い。例えば、１回の印刷および焼成で厚さ４０μｍのガラス膜を形成し、これを複数回実施することにより、複数のガラス膜が積層されて厚さ４２０μｍ程度のリフレクタ１４を形成しても良い。このとき、開口部１４ａに対応する遮蔽部の径が互いに異なる数種類のメッシュマスクを用意しておき、印刷回数が進むにつれて適宜遮蔽部の径がより大きいメッシュマスクを選択して印刷を行うことができる。つまり、枠体を構成するガラス膜において、基板に接するガラス膜（最も下層のガラス膜）の開口部の面積は、最も上層のガラス膜の開口部の面積より小さくすることができる。ここで、上層とは複数のガラス膜のうちの任意の一の層からみて当該一の層よりも上方（投光方向前方）に形成されている層をいい、下層とは当該一の層よりも下方（投光方向後方）に形成されている層をいう。複数のガラス膜の開口部面積を適宜変化させることにより、開口部１４ａの側壁がすり鉢形状の傾斜を有するガラス膜からなるリフレクタ１４を形成することができる。尚、複数のガラス膜を積層する際、積層体の高さの増加量と開口部の開口径の増加量とが１対１になるように印刷と焼成を繰り返し実施すると、開口部１４ａの側壁を概ね４５°とすることができる（図５（ｂ））。
【００２６】
次に、素子搭載基板１１の裏面に裏面ガラス１６を形成する。裏面ガラス１６は、リフレクタ１４と同一成分のガラスペーストをスクリーン印刷・焼成することにより形成される。印刷および焼成は、裏面ガラス１６が所望の厚さ（例えば１５０μｍ）になるまで複数回実施される。焼成を複数回実施することにより、裏面ガラス１６の表面は滑らかな平坦面となる。裏面ガラス１６は、素子搭載基板１１の裏面のほぼ全域に延在するように形成される（図５（ｃ））。以上の各工程を経て発光素子搭載用基板が完成する。
【００２７】
以降の工程は、上記各工程を経て作製された発光素子搭載基板を用いた発光装置の製造工程である。発光素子搭載用基板のリフレクタ１４の各開口部１４ａ内部において露出した素子搭載基板１１の素子搭載領域に、熱硬化性の樹脂系接着剤をディスペンス法により塗布する。続いて、チップマウンタを用いてＬＥＤ素子１３を接着剤の上にマウントする。各開口部１４ａ内部にはそれぞれ１つのＬＥＤ素子１３が収容される。その後、熱処理を行って接着剤を硬化させる。次に、ＬＥＤ素子１３の電極と、導体配線１２とをボンディングワイヤで接続する（図５（ｄ））。
【００２８】
次に、ＬＥＤ素子１３およびボンディングワイヤ１７を埋入するように、蛍光体が分散されたシリコーン樹脂からなる封止樹脂１５をリフレクタ１４の開口部１４ａの各々に充填する。その後、熱処理を行って封止樹脂１５を硬化させる。蛍光体は、例えばＹＡＧに付活剤としてＣｅを導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を使用することができる。封止樹脂１５は、エポキシ樹脂やウレタン樹脂であってもよい（図５（ｅ））。
【００２９】
以上の各工程を経ることにより半導体発光装置１０が完成する。
【００３０】
図６は、本実施例の発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０の実装形態を示す断面図である。半導体発光装置１０は、例えば照明装置を構成する実装基板（放熱基板）３０上に実装される。実装基板３０は、例えば熱伝導性が良好なＡｌからなり、ＬＥＤ素子１３から発せられた熱は、実装基板３０に向けて拡散するようになっている。裏面ガラス１６と実装基板３０との間には、放熱シートまたはシリコーングリス等の熱伝導性が良好な密着材３２が設けられている。これにより、素子搭載基板１１と実装基板３０の密着性が確保され、高い放熱性が得られる。
【００３１】
実装基板３０上には、半導体発光装置１０に隣接するようにガラスエポキシ樹脂等からなる配線基板３４が設けられている。配線基板３４は、実装基板３０上における半導体発光装置１０の搭載領域を露出させる開口部を有していてもよい。配線基板３４の表面には、半導体発光装置１０に対して給電を行うための導体配線３６が形成されている。導体配線３６には、半導体発光装置１０に向けて延出する一対のコネクタ３８が接続されている。コネクタ３８は、先端部が給電端子１２ａ、１２ｂに当接され、半導体発光装置１０を実装基板３０側に押し付ける付勢力を付与するバネ接点を形成している。これにより、半導体発光装置１０に対する給電が可能となると共に、半導体発光装置１０と実装基板３０との密着性が確保される。
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本実施例に係る発光素子搭載用基板の製造方法によれば、リフレクタ１４を複数回に亘るガラス印刷により形成するので、リフレクタ１４の厚さや光反射枠の形状の制御が容易である。例えば、リフレクタ１４の厚さは印刷・焼成の回数を増減させることにより制御可能である。また光反射枠の形状や大きさを変更する場合にはメッシュマスクの変更のみで対応が可能である。従って、製品バリエーションに柔軟に対応することが可能となる。
【００３３】
また、本実施例に係る発光素子搭載用基板の製造方法によれば、接着剤を用いることなくリフレクタ１４を素子搭載基板１１上に形成することができるので、接着剤のはみ出しに起因する光出力や信頼性への悪影響を回避することが可能となる。
【００３４】
また、本実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０は、素子搭載基板１１上に複数のＬＥＤ素子１３を搭載する構成を有するので、単一のＬＥＤ素子を有するＬＥＤパッケージの各々を、基板上に配列する構成のものと比較して互いに隣接するＬＥＤ素子間の距離を小さくすることが可能となる。これにより、複数の発光色を混色させる場合において、混色性を向上させることが可能となる。
【００３５】
また、本実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０は、ＬＥＤ素子１３の各々に対応して設けられたリフレクタ１４の開口部１４ａによって光反射枠が形成されると共に発光領域が区画される。これにより、ＬＥＤ素子１３とリフレクタ１４との間の距離を小さくすることができる。従って、各ＬＥＤ素子から放射され光放射面に対して垂直方向に進行する光と、光放射面に対して斜め方向に進行し光反射枠で反射して光放射面へ進行する光との間で、封止樹脂１５内における光路長差が小さくなり、発光色の色ムラおよび光吸収を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、本実施例に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置１０によれば、素子搭載基板１１の裏面には、リフレクタ１４を形成するガラス材と同一組成のガラス材からなる裏面ガラス１６が設けられているので、リフレクタ１４と素子搭載基板１１との間の熱膨張率差に起因する素子搭載基板１１の反りを低減または解消することが可能となる。かかる効果は、素子搭載基板の面積が比較的大きい複数のＬＥＤ素子を搭載したハイフラックス型の半導体発光装置において、より顕著となる。素子搭載基板１１の反りが低減または解消されることにより、素子搭載基板１１と実装基板３０との密着性が向上し、放熱性を向上させることが可能となる。これにより、ＬＥＤ素子の発光効率が改善されるのみならず、ＬＥＤ素子の寿命低下の問題も解消される。更に、素子搭載基板１１の全面に亘って均一な放熱性が確保されるのでＬＥＤ素子間の輝度ムラを防止できる。また、放熱性が向上したことにより、ＬＥＤ素子間の距離をより小さくすることが可能となり、混色性の更なる改善に寄与することができる。さらに、裏面ガラス１６を形成するガラス膜は、素子搭載基板１１を形成するアルミナセラミックスよりもシリコーングリス等の密着材３２との親和性が良好である。すなわち、本実施例に係る発光素子搭載用基板に裏面ガラス１６を設けることにより、上記した素子搭載基板１１の反りの解消に加え、裏面ガラス１６と密着材３２との親和性が向上するという異なる二つの理由により、素子搭載基板１１と実装基板３０との密着性を向上させることができる。
【実施例２】
【００３７】
以下に、本発明の実施例２に係る発光素子搭載用基板について図面を参照しつつ説明する。図７は、本発明の実施例２に係る発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置２０を光放射面側から見た平面図である。
【００３８】
半導体発光装置２０は、上記した半導体発光装置１０と基本構成は同一であり、導体配線１２を有する素子搭載基板１１と、素子搭載基板１１の素子搭載面に搭載された複数のＬＥＤ素子１３と、ＬＥＤ素子１３の各々の周囲を囲む光反射枠を形成する複数の開口部１４ａを有するリフレクタ１４と、開口部１４ａの各々を充填する蛍光体を含有する封止樹脂１５ａおよび１５ｂと、素子搭載基板１１のほぼ全面に亘って延在する裏面ガラス１６とを含んでいる。
【００３９】
半導体発光装置２０は、波長変換特性が互いに異なる２種類の蛍光体を含有する封止樹脂１５ａおよび１５ｂを用い、互いに発光色が異なる２種類の光を生成し、これらを混色させて放射する構成となっている。
【００４０】
リフレクタ１４は、ＬＥＤ素子１３の配列形態に対応した５行×６列で配列された複数の開口部１４ａを有している。かかる開口部１４ａによってＬＥＤ素子１３の周囲を囲む光反射枠が形成されると共に発光領域が区画される。波長変換特性が互いに異なる蛍光体を含有する２種類の封止樹脂１５ａおよび１５ｂが、所定の配列となるように開口部１４ａ内に充填される。蛍光体は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２母体のＹの一部をＧｂ、Ｔｂ等で置換し、Ａｌの一部をＧａ等で置換して母体構造を変更することにより、発光ピークを長波長側または短波長側にずらすことができる。例えば、昼光色を得るべく調製された第１の封止樹脂１５ａ（図７においてハッチングで示す）は、開口部１４ａ内に行方向および列方向において１つ飛びで充填される。また、電球色を得るべく調製された第２の封止樹脂１５ｂは、残りの開口部１４ａに充填される。すなわち、第１および第２の封止樹脂１５ａおよび１５ｂは、互い違いに千鳥模様を形成する様に配列される。かかる配列とすることにより、混色性を向上することができる。
【００４１】
また、導体配線１２は、発光色毎に光量を調整できるように２系統の回路を形成している。すなわち、第１の封止樹脂１５ａ内に埋入されるＬＥＤ素子と、第２の封止樹脂１５ｂ内に埋入されるＬＥＤ素子には、導体配線１２を介して別個に電力を供給できるようになっている。給電端子１２ａおよび１２ｂは第１系統におけるアノード端子およびカソード端子に対応し、給電端子１２ｃおよび１２ｄは第２系統におけるアノード端子およびカソード端子に対応する。かかる回路構成とすることにより、発光色を昼光色から電球色の間で調光することが可能となる。尚、導体配線１２は、素子搭載基板１１の裏面側に形成されていてもよい。この場合、裏面側の導体配線は、スルーホール等を介して素子搭載面側の導体配線に接続される。
【００４２】
上記した実施例においては、ＬＥＤ素子と導体配線は、ボンディングワイヤを用いて接続することとしたが、フリップチップ接続であってもよい。また、ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤに限らず、あらゆる発光色のものを使用することができる。さらに、リフレクタの開口部の形状、大きさ、配列形態は適宜変更することができる。また、リフレクタの１つの開口部内に複数のＬＥＤ素子を収容することとしてもよい。この場合、１つの開口部内に収容されるＬＥＤ素子の発光色は互いに異なっていてもよい。また、蛍光体の波長変換特性は、所望の発光色が得られるように適宜選択することが可能であり、封止樹脂が蛍光体を含有していなくてもよい。さらに、リフレクタおよび裏面ガラスを形成するガラス膜は、ホウケイ酸ガラス以外の他のガラス材であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 半導体発光装置
１１ 素子搭載基板
１２ 導体配線
１３ ＬＥＤ素子
１４ リフレクタ
１４ａ 開口部
１５ 封止樹脂
１６ 裏面ガラス
１７ ボンディングワイヤ
３０ 実装基板
３２ 密着材
３４ 配線基板
３６ 導体配線
３８ コネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に枠体を設けた発光素子搭載用基板において、前記枠体が開口部を有する投光方向に積層された複数のガラス膜の積層体からなり、前記基板に接するガラス膜の開口部の面積が、最も上層のガラス膜の開口部の面積より小さいことを特徴とする発光素子搭載用基板。
【請求項２】
前記ガラス膜が、光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項３】
前記基板の他方の面に、更にガラス膜を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項４】
前記基板の他方の面に設けた前記ガラス膜の厚さが、前記枠体の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項３に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項５】
印刷により前記ガラス膜を設けることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光素子搭載用基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光素子搭載用基板を有する発光装置であって、
前記基板上の前記枠体の前記開口部に対応する位置に搭載された発光素子を有することを特徴とする発光装置。
【請求項７】
基板の一方の面に複数の発光素子搭載領域の各々の周囲を囲む枠体を形成する工程と、
前記枠体を形成した後に、前記基板上の前記複数の発光素子搭載領域の各々に発光素子を搭載する工程と、を含み、
前記枠体を形成する工程は、ガラス印刷を複数回実施して前記枠体に対応する複数の開口部を有する複数のガラス膜を前記基板上に積層する工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記複数のガラス膜は、前記開口部の大きさが互いに異なり、上層のガラス膜の開口部の大きさは、下層のガラス膜の開口部の大きさよりも大であることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記枠体を形成する工程は、前記開口部の各々に対応する遮蔽部の大きさが互いに異なる複数のマスクを順次用いて各ガラス膜を印刷する工程と、上層のガラス膜の印刷前に下層のガラス膜を焼成する工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記複数のガラス膜は、光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１】
基板の一方の面に枠体を設けた発光素子搭載用基板において、前記枠体が開口部を有する投光方向に積層された複数のガラス膜の積層体からなり、前記基板に接するガラス膜の開口部の面積が、最も上層のガラス膜の開口部の面積より小さいことを特徴とする発光素子搭載用基板。
【請求項２】
前記ガラス膜が、光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項３】
前記基板の他方の面に、更にガラス膜を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項４】
前記基板の他方の面に設けた前記ガラス膜の厚さが、前記枠体の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項３に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項５】
印刷により前記ガラス膜を設けることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光素子搭載用基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光素子搭載用基板を有する発光装置であって、
前記基板上の前記枠体の前記開口部に対応する位置に搭載された発光素子を有することを特徴とする発光装置。
【請求項７】
基板の一方の面に複数の発光素子搭載領域の各々の周囲を囲む枠体を形成する工程と、
前記枠体を形成した後に、前記基板上の前記複数の発光素子搭載領域の各々に発光素子を搭載する工程と、を含み、
前記枠体を形成する工程は、ガラス印刷を複数回実施して前記枠体に対応する複数の開口部を有する複数のガラス膜を前記基板上に積層する工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記複数のガラス膜は、前記開口部の大きさが互いに異なり、上層のガラス膜の開口部の大きさは、下層のガラス膜の開口部の大きさよりも大であることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記枠体を形成する工程は、前記開口部の各々に対応する遮蔽部の大きさが互いに異なる複数のマスクを順次用いて各ガラス膜を印刷する工程と、上層のガラス膜の印刷前に下層のガラス膜を焼成する工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記複数のガラス膜は、光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−８９５５５（Ｐ２０１２−８９５５５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３２４５２（Ｐ２０１０−２３２４５２）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【出願人】（０００００４５９２）日本カーバイド工業株式会社 (165)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【出願人】（０００００４５９２）日本カーバイド工業株式会社 (165)
【Ｆターム（参考）】
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