(57)【要約】【課題】  発光強度を高くできる発光素子搭載用基板およびそれを用いた発光装置を提供する。【解決手段】  ともにアルミナセラミックス製の焼結体により構成され、発光素子の搭載面１を有する基体部３および該基体部３上で搭載面１を囲むように配置された枠体部５を備えており、枠体部５は、搭載面１側の内壁面５ａを平滑面とし、搭載面１とは反対側の外壁面５ｂを内壁面５ａよりも表面粗さの粗い凹凸面としている。発光装置は上記の発光素子搭載用基板の搭載部１に発光素子１０を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ともにアルミナセラミックス製の焼結体により構成され、発光素子の搭載面を有する基体部および該基体部上で前記搭載面を囲むように配置された枠体部を備えている発光素子搭載用基板であって、前記枠体部は、前記搭載面側の内壁面を平滑面とし、前記搭載面とは反対側の外壁面を、前記内壁面よりも表面粗さの粗い凹凸面としていることを特徴とする発光素子搭載用基板。
【請求項２】
前記搭載面と前記内壁面との連続箇所が曲面を成している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】
前記基体部および前記枠体部の角部が丸くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項４】
前記枠体部は、前記内壁面が上側に開口径を大きくするように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発光素子搭載用基板。
【請求項５】
前記搭載面が椀状に凹んでいることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の発光素子搭載用基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれかに記載の発光素子搭載用基板の前記搭載面に発光素子を備えていることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子搭載用基板およびそれを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネ・環境保全の面から、液晶テレビを始めとして、液晶画面のバックライトや、一般家庭用照明のＬＥＤ（Light Emission Diode）化が進んでいる。ＬＥＤを発光素子とする発光装置は、蛍光灯や白熱電球に比較して寿命は約１０倍、電気代は約１／１０程度と、優れた点が多く、脚光を浴びている。
【０００３】
従来より、この種の発光装置は、ＬＥＤタイプの発光素子を各種基板の上に実装し、その発光素子を各種基板の上に形成した電極パターンにワイヤボンディングあるいはバンプ実装によって接続した構成となっている。
【０００４】
その中で、従来の発光素子搭載用基板に用いられてきた合成樹脂に比べて、熱伝導性および機械的強度が高く、耐熱性や耐久性に優れ、長期間紫外線に曝されても劣化しないという理由から、アルミナセラミックスを基材とした発光素子搭載用基板が注目されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
ところが、図６に示しているように、従来構造の発光装置では、発光素子搭載用基板１０１が小型化し、枠体部１０５の厚みが薄くなってくると、発光素子１０７から発せられた光１０９の一部が枠体部１０５を内壁面１０５ａから外壁面１０５ｂに透過するようになり、発光強度が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３７１８５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は、発光強度を高くできる発光素子搭載用基板およびそれを用いた発光装置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、ともにアルミナセラミックス製の焼結体により構成され、発光素子の搭載面を有する基体部および該基体部上で前記搭載面を囲むように配置された枠体部を備えている発光素子搭載用基板であって、前記枠体部は、前記搭載面側の内壁面を平滑面とし、前記搭載面とは反対側の外壁面を、前記内壁面よりも表面粗さの粗い凹凸面としていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の発光装置は、上記の発光素子搭載用基板の前記搭載部に発光素子を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発光強度を高くできる発光素子搭載用基板およびそれを用いた発光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本実施形態の発光素子搭載用基板の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本実施形態の他の発光素子搭載用基板の一例を示すもので、搭載面と内壁面との連続箇所が曲面を成していることを示す断面模式図である。
【図３】本実施形態の他の発光素子搭載用基板の一例を示すもので、搭載面が椀状に凹んでいることを示す断面模式図である。
【図４】本実施形態の発光装置を示す断面模式図である。
【図５】本実施形態の発光素子搭載用基板の製造工程を示す模式図である。
【図６】従来の発光素子搭載用基板の一例を模式的に示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１（ａ）は、本実施形態の発光素子搭載用基板の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１３】
本実施形態の発光素子搭載用基板は、発光素子を搭載するための搭載面１を有する基体部３と、その搭載面１を囲むように配置されている枠体部５とを備えており、これらの基体部３および枠体部５は、いずれもアルミナセラミックス製の焼結体により構成されている。また、この発光素子搭載用基板は、枠体部５の搭載面１側を内壁面５ａとし、搭載面１とは反対側の面を外壁面５ｂとしたときに、内壁面５ａが平滑面であり、外壁面５ｂは内壁面５ａよりも表面粗さの粗い凹凸面となっている。
【００１４】
本実施形態の発光素子搭載用基板によれば、枠体部５の内壁面５ａを凹凸の小さい平滑面とし、内壁面５ａとは反対側の外壁面５ｂを表面粗さの大きい凹凸面としているために、内壁面５ａが鏡の表面となり、その裏面である外壁面５ｂがあたかも鏡の銀膜面のようにはたらくことから、枠体部５内で発せられた光が内壁面５ａで反射しやすくなり、枠体部５内において発光強度を高めることができる。その結果、枠体部５の内壁面５ａにガラス膜や金属膜が形成されていなくても、これらと同等の発光強度を有する発光素子搭載用基板を得ることができる。
【００１５】
また、この発光素子搭載用基板は、これを構成する基体部３および枠体部５などの部材がともにアルミナセラミックス製であり、機械的強度が高いことから、基体部３および枠体部５の厚みを薄くしても欠けやクラックを生じにくいという面も備えている。このため枠体部５の厚みが薄くても光の透過が抑えられるため、発光素子搭載用基板として反射特性を高く維持することができる。
【００１６】
本実施形態において、アルミナセラミックス製であるとは、アルミナを９０質量％以上含有しているものをいう。また、平滑面とは表面粗さが０．５μｍ以下であるものをいい、凹凸面とは表面粗さが１．０μｍ以上であるものをいう。つまり、平滑面と凹凸面は表面粗さで０．５μｍ以上の差を有していることが望ましい。枠体部５の内壁面５ａおよび外壁面５ｂの表面粗さは、発光素子搭載用基板を切断した個片をレーザー変位計を用いて測定することによって求めることができる。
【００１７】
また、本実施形態の発光素子搭載用基板では、凹凸面は枠体部５の内壁面５ａを除いて枠体部５の外壁面５ｂのみならず枠体部５の上面側まで及ぶように形成されていても良い。これにより枠体部５における光の反射特性を高めることができる。
【００１８】
また、本実施形態の発光素子搭載用基板では、基体部３および枠体部５の角部Ｃが丸くなっていることが望ましい。発光素子搭載用基板において角部Ｃが丸みを帯びるようにすると、基板をハンドリングした際に、物などに当てたときなどに発生しやすい欠けやクラックを低減することができる。
【００１９】
図２は、本実施形態の他の発光素子搭載用基板の一例を示すもので、搭載面１と内壁面５ａとの連続箇所が曲面を成していることを示す断面模式図である。
【００２０】
本実施形態の発光素子搭載用基板では、基体部３の搭載面１と枠体部５の内壁面５ａとの連続箇所が曲面を成していることが望ましい。発光素子搭載用基板を縦断面視したときに、搭載面１と内壁面５ａとの連続箇所が曲面を成しているものではなく、これら搭載面１と内壁面５ａとが所定の角度で接し、屈曲した面を有しているような構造の場合には、この屈曲した面を含む周囲における光の反射が部分的に弱くなる。
【００２１】
また、搭載面１と内壁面５ａとの連続箇所が屈曲した面であると、実装工程等での基板の取り扱い時や、マザーボードなどへの基板組み付け時に、基体部３や枠体部５に応力がかかった際に、応力が基体部３と枠体部５の接合部に集中しやすくなる。このため基体部３と枠体部５との交点付近を起点としてクラックが発生しやすくなる。
【００２２】
これに対し、搭載面１と内壁面５ａとの連続箇所が曲面を成している場合には、実装工程等において、枠体部５に加わる応力に対する抗力が増加し、基体部３と枠体部５との交点付近を起点とするクラックや欠けの発生を低減することができる。この場合、枠体部５の内壁面５ａから基体部３の搭載面１にかけての曲面の半径は２０μｍ以上であることが望ましい。枠体部５の内壁面５ａと基体部３の搭載面１との成す曲面の半径が２０μｍ未満では屈曲している状態に近くなるためクラックを防止する効果が十分ではないからである。
【００２３】
図３は、本実施形態の他の発光素子搭載用基板の一例を示すもので、搭載面が椀状に凹んでいることを示す断面模式図である。本実施形態の発光素子搭載用基板を局部的にさらに変化させた構造について説明すると、搭載面１が椀状に凹んでいるものが良い。上述した発光素子搭載用基板は、搭載面１と内壁面５ａとの連続箇所が曲面を成しているものであったが、これに加えて、搭載面１が椀状に凹んでおり、内壁面５ａから搭載面１の中央領域に至る面が曲面を有し凹んだ形状であると、搭載面１が平面であるときよりも、搭載面１の面積が大きくなり、その結果、枠体部５の内側における光の反射面を増やすことができるため、発光素子搭載用基板として発光強度を高めることができる。なお、この場合でも、基体部３における搭載面１の反対側の面は、発光素子搭載用基板をマザーボードや金属基体などに均等な高さで実装接続することができ、高い実装信頼性を得ることができるという理由から、平面状になっていることが望ましい。
【００２４】
また、本実施形態における基体部３および枠体部５は、光の反射特性（発光強度）を維持できるのであれば、黒、紺、灰色などの有色系の色調に着色されていても良い。
【００２５】
また、本実施形態の発光素子搭載用基板では、例えば、図１（ａ）に示しているように、枠体部５は、内壁面５ａが上側に開口径を大きくするように形成されていることが望ましい。枠体部５の内壁面５ａが上記のような構造であると、すり鉢状をした枠体部５の開口部５ｏから広く光を反射させることが可能となる。
【００２６】
図４は、本実施形態の発光装置を示す断面模式図である。本実施形態の発光装置は、上述した発光素子搭載用基板の搭載面１に発光素子１０を備えていることを特徴とするものである。この発光装置は、これを構成する発光素子搭載用基板の枠体部５が、搭載面１側の内壁面５ａを平滑面とし、搭載面１とは反対側の外壁面５ｂを内壁面５ａよりも表面粗さの粗い凹凸面としている。このような構成であると、枠体部５の内壁面５ｂにガラス膜や金属膜などの光の反射膜を有していない場合でも高い発光性を示すものとなる。
【００２７】
なお、本実施形態の発光素子搭載用基板には、必要に応じて、その表面や内部に、発光素子や外部電源と接続するための導体層が設けられる。
【００２８】
次に、本実施形態の発光素子搭載用基板および発光装置の製造方法について説明する。図５は、本実施形態の発光素子搭載用基板の製造工程を示す模式図である。
【００２９】
まず、図５（ａ）に示すように、基体部３および枠体部５を形成するためのグリーンシート２１を用意し、これを、図５（ｂ）に示すように、一方の面に凸部２３を有する金型によりグリーンシート２１をプレスする。こうして凸部２３に対応する部分が凹部２５となる成形体２７を形成することができる。この場合、プレス工程に用いる金型のグリーンシート２１に接する凸部２３の表面粗さは０．５μｍ以下であることが望ましい。また、金型は凸部２３を複数箇所に有する一体型のものであっても良い。
【００３０】
次に、図５（ｃ）に示すように、成形体２７を所定の温度条件にて焼成することにより、凹部２５（開口部５ｏに対応）を複数個有するマザー基板３１を形成する。
【００３１】
次に、図５（ｄ）に示すように、マザー基板３１の凹部２５の間の表面にスナップ用の溝３３を形成する。この溝３３はマザー基板３１の厚みにもよるが、マザー基板３１の厚みを１００としたときに５〜２０の割合となるように形成することが望ましい。例えば、マザー基板３１の厚みが０．７ｍｍの場合には、溝３３の深さは０．０３５〜０．１４０ｍｍであるのがよい。溝３３の深さを上記のような割合や寸法となるように行うと、枠体部５や基体部３で角部Ｃとなる部分に丸みをつけた形状にすることができ、クラックや欠けの発生を抑制することができる。なお、溝３３の加工には、表面粗さを小さくするという理由からレーザ加工を用いるのがよい。また、破断性が悪い場合には、マザー基板３１の溝３３に対向する位置にも同様の溝３３を設けても良い。
【００３２】
次に、図５（ｅ）に示すように、溝３３に沿ってマザー基板３１を手割りかまたは機械的に破断することにより、破断した箇所が金型の凸部２３で押した凹部２５の表面やレーザ加工した溝３３の表面に比べて表面粗さが大きくなる。これにより、図１（ａ）（ｂ）に示した発光素子搭載用基板を得ることができる（図５（ｆ））。
【００３３】
なお、発光素子搭載用基板の基体部３の搭載面１と枠体部５の内壁面５ａとの連続箇所が曲面を成している形状のものや搭載面１が椀状に凹んでいる形状のものは、金型の形状を変えることによってそれぞれ作製できる。
【実施例】
【００３４】
アルミナ粉末を９０質量％とガラス粉末を１０質量％の割合で混合した後、さらに、有機バインダーとしてアクリル系バインダーを１９質量％、ワックスとしてパラフィンワックスを３質量％、有機溶媒としてトルエンを混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にて平均厚みが０．５ｍｍのグリーンシートを作製した。
【００３５】
次に、凸部を有する金型を用いて、８０℃の温度で加熱プレスを行い、次いで、大気中、１３００〜１５００℃の温度にて１時間の焼成を行い、マザー基板を作製した。焼成後のマザー基板に形成された凹部は、いずれも搭載面を囲む部分の内壁面が上側に開口径を大きくするようなすり鉢状の形状となっていた。
【００３６】
次に、作製したマザー基板の凹部間にレーザ加工により溝を形成し、次いで、手割りにて個片に分割し、発光素子搭載用基板を得た。レーザ加工した試料のうちレーザー出力を６０％の出力で加工した試料Ｎｏ．２以外の試料はいずれも枠体部の上面が丸みを帯びていた。レーザ加工による溝の加工は、試料Ｎｏ．２〜４は枠体部側のみとし、試料Ｎｏ．
５〜７については基体部側および枠体部側の両面を行った。溝の深さはいずれも約０．０３ｍｍとなるようにした。この場合、試料Ｎｏ．２〜４は凹凸面が枠体部の上面付近を除いた外壁面に形成されていた。試料Ｎｏ．５〜７では、凹凸面は外壁面の中央の領域に形成されていた。
【００３７】
得られた発光素子搭載用基板は、平面の面積が３ｍｍ×３ｍｍ、枠体部の厚み（基体部の表面の搭載部の高さにおける厚み）が０．２５ｍｍであった。基体部の搭載面の領域の厚みは０．１５ｍｍであった。
【００３８】
まず、得られた発光素子搭載用基板を切断し、枠体部の内壁面および外壁面の表面粗さをレーザ変位計を用いて測定した。
【００３９】
また、得られた発光素子搭載用基板の搭載面にＬＥＤ素子を実装し、この発光素子を導線で電源と結線し、比較例の発光素子搭載用基板（試料Ｎｏ．１）の発光強度を１００％としたときの各試料の発光強度比を求めた。
【００４０】
さらに、得られた発光素子搭載用基板について落下試験を行い、発光素子搭載用基板の損傷の状態を観察した。落下試験後に損傷した状態というのは、倍率が２０〜５０倍の観察において、例えば、発光素子搭載用基板の角部に傷や欠けが見られたものとした。また、基体部と枠体部との界面に発生したクラックについても確認を行った。落下試験はＪＩＳ  Ｃ００４４−１９９５の自然落下試験方法を用いて行った。この場合、落下の高さは１ｍ、落下の回数は２回とした。試料数は２０個とした。
【００４１】
比較例として、厚みが０．３ｍｍのグリーンシートを２枚用意し、その内の１枚を枠体部用とし、開口部となる部分を金型を用いて打ち抜いた後、２枚目のグリーンシートに重ねて加圧加熱を行い一体化させて積層体を作製した。次に、この積層体を個片が焼成後に発光素子搭載用基板となるようにカッターを用いて切断し、上記と同じ条件で焼成し、同様の評価を行った。この試料の枠体部の上面付近は積層体を切断したときの面がそのまま残り角張った状態であった。
【００４２】
表１では、凸部を有する金型を用いた工法を加圧成形として記し、比較例の試料を作製した工法を積層成形として記した。また、搭載面と内壁面との連続箇所が曲面を成している形状を曲面と記し、搭載面と内壁面とが所定の角度を有して接する形状のものを角として記した。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１から明らかなように、枠体部の内壁面を平滑面とし、外壁面を凹凸面とした試料Ｎｏ．２〜７では、比較例の試料（試料Ｎｏ．１）を１００としたときの発光強度比が１１３以上であった。また、これらの試料は基板角部に損傷として確認できるものが２０個中１個以下であり、基体部と枠体部との界面にクラックが見られた個数も２０個中２個以下であった。
【００４５】
これらの試料の中で、搭載面と内壁面との連続箇所を曲面とした試料（試料Ｎｏ．３、４、６、７）では、発光強度比が１１４以上であり、基体部と枠体部との界面にクラックが見られた個数も２０個中１個以下であった。
【００４６】
さらに、搭載面が椀状に凹んだ形状にした試料Ｎｏ．４、７では、基体部と枠体部との界面にクラックが発生した試料が無かった。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・・・・・搭載面
３・・・・・・・基体部
５・・・・・・・枠体部
５ａ・・・・・・内壁面
５ｂ・・・・・・外壁面
１０・・・・・・発光素子
２１・・・・・・グリーンシート
２３・・・・・・凸部
２５・・・・・・凹部
２７・・・・・・成形体
３１・・・・・・マザー基板
３３・・・・・・溝
【図１】
2015162505.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015162505.tif 000007
【図５】
2015162505.tif 000008
【図６】
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