(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基台で構成された実装基板と、
開口部を有し前記実装基板上に固定された回路基板と、
前記回路基板が固定されている部分を除いて、前記開口部から露出している前記実装基板上に積層された、光反射材として銀を含有する第１の多層膜と、
前記第１の多層膜上に実装されたＬＥＤ素子と、を有し、
前記実装基板は、前記金属基台としてのアルミニウム製の基台上に、当該基台に近い側から順に積層された酸化アルミニウム層、アルミニウム層、二酸化ケイ素層および酸化チタン層で構成される第２の多層膜を有する
ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項２】
前記実装基板は、前記ＬＥＤ素子の発光波長域全体において、９５％以上の光反射率を有する、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項３】
前記第１の多層膜は、前記実装基板に近い側から順に、ニッケル層、銀層、酸化アルミニウム層、二酸化ケイ素層および酸化チタン層を有する、請求項１または２に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項４】
前記第１の多層膜の前記二酸化ケイ素層と前記酸化チタン層は、前記実装基板から遠い側において交互に複数回積層されている、請求項３に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項５】
金属基台としてのアルミニウム製の基台上に、当該基台に近い側から順に酸化アルミニウム層、アルミニウム層、二酸化ケイ素層および酸化チタン層を積層させて、多層膜を有する実装基板を形成する工程と、
前記実装基板上に、開口部を有する回路基板を固定する工程と、
前記回路基板が固定されている部分を除いて、前記開口部から露出している前記実装基板上に、光反射材として銀を含有する別の多層膜を積層させる工程と、
前記別の多層膜上にＬＥＤ素子を実装する工程と、
を有することを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記別の多層膜を積層させる工程では、光反射材として銀を含有する層を蒸着により作製する、請求項５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）を含む発光装置においてＬＥＤが実装される実装基板には、耐熱性および放熱性の観点から、アルミニウムなどの金属製の基板が広く用いられている。例えば、特許文献１には、アルミニウム基台の上にアルマイト層を、その上に透明絶縁薄層を、さらにその上にプリント配線層を設け、プリント配線層の上に発光ダイオードを取り付けた発光ダイオード基板が記載されている。特許文献２には、アルマイト処理が施されたアルミ板の基台の上に、導電パターンが形成され開口部を備えたプリント基板が貼り合わされ、その開口部内の基台の上にＬＥＤチップが実装されたＬＥＤ発光装置が記載されている。
【０００３】
また、特許文献３には、シリコン基板と、その表面に形成された酸化シリコン膜の絶縁膜と、絶縁膜の上にＴｉ（チタン）またはＣｒ（クロム）で形成された密着層と、密着層の上にＮｉ（ニッケル）またはＰｔ（白金）またはＰｄ（パラジウム）で形成されたバリアメタル層と、バリアメタル層の上に形成された銀合金層と、銀合金層に電気的に接続された半導体発光素子とを有する半導体発光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−１３２０８３号公報
【特許文献２】特開２００７−１２９０５３号公報
【特許文献３】特開２００７−１９４３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発光装置におけるＬＥＤの実装基板には、発光効率を向上させるために、耐熱性および放熱性に加えて、光反射性が要求されている。そこで、本発明は、本構成を有しない場合と比べて、ＬＥＤの発光波長域における光の反射率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＬＥＤ発光装置は、金属基台で構成された実装基板と、開口部を有し実装基板上に固定された回路基板と、回路基板が固定されている部分を除いて、開口部から露出している実装基板上に積層された、光反射材として銀を含有する多層膜と、多層膜上に実装されたＬＥＤ素子とを有する。
【０００７】
上記のＬＥＤ発光装置では、実装基板は、ＬＥＤ素子の発光波長域全体において、９５％以上の光反射率を有することが好ましい。
上記のＬＥＤ発光装置では、多層膜は、実装基板に近い側から順に、ニッケル層、銀層、酸化アルミニウム層、二酸化ケイ素層および酸化チタン層を有することが好ましい。
上記のＬＥＤ発光装置では、二酸化ケイ素層と酸化チタン層は、実装基板から遠い側において交互に複数回積層されていることが好ましい。
上記のＬＥＤ発光装置では、実装基板は、金属基台としてのアルミニウム製の基台上に、当該基台に近い側から順に積層された酸化アルミニウム層、アルミニウム層、二酸化ケイ素層および酸化チタン層で構成される第２の多層膜を有することが好ましい。
【０００８】
また、本発明のＬＥＤ発光装置の製造方法は、金属基台で構成された実装基板上に、開口部を有する回路基板を固定する工程と、回路基板が固定されている部分を除いて、開口部から露出している実装基板上に、光反射材として銀を含有する多層膜を積層させる工程と、多層膜上にＬＥＤ素子を実装する工程とを有する。
上記の製造方法における多層膜を積層させる工程では、光反射材として銀を含有する層を蒸着により作製することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記のＬＥＤ発光装置およびその製造方法によれば、本構成を有しない場合と比べて、ＬＥＤの発光波長域における光の反射率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＬＥＤ発光装置１の上面図および断面図である。
【図２】実装基板１０、回路基板２０、反射枠４０の上面図および断面図である。
【図３】図１（Ｂ）のＢ部の拡大図である。
【図４】ＬＥＤ発光装置１の反射スペクトルと発光スペクトルを示すグラフである。
【図５】多層膜６０の成膜工法による反射特性の違いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、ＬＥＤ発光装置およびその製造方法について説明する。ただし、本発明が図面または以下に記載される実施形態に限定されないことを理解されたい。
【００１２】
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、ＬＥＤ発光装置１の上面図および断面図である。ＬＥＤ発光装置１は、主要な構成要素として、実装基板１０、回路基板２０、ＬＥＤ素子３０、反射枠４０および封止樹脂５０を有する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、それぞれ、完成品としてのＬＥＤ発光装置１の上面図およびＡ−Ａ線断面図を示す。図１（Ｃ）および図１（Ｄ）は、それぞれ、ＬＥＤ素子３０の実装状態を示すために、封止樹脂５０を取り除いた状態のＬＥＤ発光装置１の上面図およびＡ−Ａ線断面図を示す。
【００１３】
また、図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、実装基板１０の上面図およびＡ−Ａ線断面図である。図２（Ｃ）および図２（Ｄ）は、回路基板２０の上面図およびＡ−Ａ線断面図である。図２（Ｅ）および図２（Ｆ）は、反射枠４０の上面図およびＡ−Ａ線断面図である。
【００１４】
実装基板１０は、その上面にＬＥＤ素子３０が実装される平面領域を有する基板であり、放熱性を高めるために金属部材で構成される。実装基板１０は、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウム製の基台で構成される金属基板である。実装基板１０は一例として正方形の形状を有し、その対角線上で向かい合う２つの頂点付近には、固定用貫通穴１１Ａ，１１Ｂが設けられる。
【００１５】
回路基板２０は、一例として、実装基板１０と同じ大きさの正方形の形状を有し、その中心部には円形の開口部２１が形成される。回路基板２０にも、対角線上で向かい合う２つの頂点付近には、固定用貫通穴２２Ａ，２２Ｂが設けられる。回路基板２０は、固定用貫通穴２２Ａ，２２Ｂの位置が実装基板１０の固定用貫通穴１１Ａ，１１Ｂと合うように、その下面が接着シートにより実装基板１０上に貼り付けられて固定される。また、回路基板２０の上面には、開口部２１を取り囲むように配線パターン２３が形成される。配線パターン２３のうち、固定用貫通穴２２Ａ，２２Ｂが設けられていない残りの２つの頂点付近には、接続電極２４Ａ，２４Ｂが形成される。接続電極２４Ａ，２４Ｂは一方がアノード電極で他方がカソード電極となり、これらが外部電源に接続されて電圧が印加されることによって、ＬＥＤ発光装置１は発光する。
【００１６】
ＬＥＤ素子３０は、回路基板２０の開口部２１から露出している実装基板１０上に実装される。図３を参照して後述するように、開口部２１から露出している実装基板１０上には多層膜が積層されており、ＬＥＤ素子３０は、その多層膜上に実装される。ＬＥＤ発光装置１は複数のＬＥＤ素子３０を有し、図１（Ｃ）では、１６個のＬＥＤ素子３０が実装される場合の例を示している。ＬＥＤ素子３０の下面は、透明な絶縁性の接着剤などにより、実装基板１０の上面（実装基板１０の多層膜の上）に固定される。また、ＬＥＤ素子３０は上面に一対の素子電極を有し、図１（Ｂ）および図１（Ｄ）に示すように、隣接するＬＥＤ素子３０の素子電極は、ボンディングワイヤ３１により相互に接続される。開口部２１の外周側に位置するＬＥＤ素子３０から出たボンディングワイヤ３１は、回路基板２０の配線パターン２３に接続される。
【００１７】
反射枠４０は、開口部２１の大きさに合わせて白色の樹脂で構成された円形の枠体であり、回路基板２０の上面で配線パターン２３と重なる位置に固定される。反射枠４０は、ＬＥＤ素子３０から側方に出射された光を、ＬＥＤ発光装置１の上方（ＬＥＤ素子３０から見て実装基板１０とは反対側）に向けて反射させる。
【００１８】
封止樹脂５０は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂などの無色かつ透明な樹脂であり、開口部２１に注入されて、ＬＥＤ素子３０を一体に被覆し保護する。封止樹脂５０には、蛍光体が分散混入される。例えば、ＬＥＤ素子３０が青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤである場合には、封止樹脂５０には、赤色蛍光体が分散混入される。この場合、ＬＥＤ発光装置１は、青色ＬＥＤからの青色光と、緑色ＬＥＤからの緑色光と、それらによって赤色蛍光体を励起させて得られる赤色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。封止樹脂５０は、図１（Ａ）に示した例では円形にモールド成型され、例えば反射枠４０により実装基板１０上に固定される。
【００１９】
図３は、図１（Ｂ）のＢ部の拡大図である。図３では、実装基板１０および回路基板２０の一部と、実装基板１０上に実装される１６個のうち１個のＬＥＤ素子３０と、実装基板１０上に形成される多層膜６０の一部を示している。なお、図３は各構成要素の位置関係を模式的に示しており、各構成要素の大きさの関係は必ずしも正確ではない。また、図３では、反射枠４０と封止樹脂５０の記載は省略している。回路基板２０としては、基材２５および接着シート２６と、配線パターン２３を構成するＣｕ（銅）層、Ｎｉ（ニッケル）層およびＡｕ（金）層を示す。ＬＥＤ素子３０は、多層膜６０の上に固定される。
【００２０】
図３に示すように、回路基板２０の開口部２１から露出している実装基板１０上には、増反射用の多層膜６０が形成される。多層膜６０は、開口部２１内の実装基板１０上にのみ形成されており、回路基板２０が固定されている部分には形成されていない。回路基板２０は、その基材２５が、接着シート２６により、多層膜６０を介さずに実装基板１０の上面に貼り付けられている。すなわち、多層膜６０は、実装基板１０上に先に回路基板２０が貼り付けられてから、回路基板２０が固定されている部分を除いて、開口部２１から露出している実装基板１０上に積層される。このように、実装基板１０と回路基板２０の間には多層膜６０を設けないことにより、実装基板１０と回路基板２０の密着力が高められる。
【００２１】
多層膜６０は、実装基板１０に近い側から順に、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）層６１、Ｎｉ（ニッケル）層６２、Ａｇ（銀）層６３、Ａｌ２Ｏ３層６４、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層６５およびＴｉＯ２（酸化チタン）層６６を有する。これらの各層は、例えば、スパッタリング、蒸着あるいはメッキ処理などの公知の方法によって、開口部２１内で均一な厚さに形成される。各層の厚さは、例えば、Ａｌ２Ｏ３層６１が１５０〜６００ｎｍ、Ｎｉ層６２が７５〜２００ｎｍ、Ａｇ層６３が９０〜２００ｎｍ、Ａｌ２Ｏ３層６４が３０〜５０ｎｍ、ＳｉＯ２層６５が３０〜５０ｎｍ、ＴｉＯ２層６６が３０〜２００ｎｍ程度である。多層膜６０全体としては、例えば１μｍ程度の厚さを有する。
【００２２】
Ａｌ２Ｏ３層６１は、実装基板１０の表面を絶縁するための酸化皮膜層である。なお、Ａｌ２Ｏ３層６１は必須の層ではなく、実装基板１０上に直接Ｎｉ層６２を形成してもよい。
【００２３】
Ｎｉ層６２は、Ａｌ２Ｏ３層６１の腐食や劣化を防止するとともに、Ａｇ層６３に含まれる光反射材である銀（Ａｇ）が熱によって溶融した場合に、このＡｇがＡｌ２Ｏ３層６１に拡散して絶縁破壊することを防止するためのバリア層として機能する。なお、Ｎｉ層６２に代えて、例えばパラジウム（Ｐｄ）などの他の金属層を使用してもよい。
【００２４】
Ａｇ層６３は、光反射材として銀（Ａｇ）を含有する層であり、ＬＥＤ素子３０から実装基板１０側に出射された光をＬＥＤ発光装置１の上方に向けて反射させるための反射層として機能する。なお、光反射材としては、アルミニウムなどの光反射率が高い他の金属を使用してもよいが、金属の中でも熱伝導率および光反射率が最も高いＡｇを使用することが好ましい。
【００２５】
Ａｌ２Ｏ３層６４は、Ａｇ層６３とＳｉＯ２層６５を接着させるため中間層である。
【００２６】
ＳｉＯ２層６５とＴｉＯ２層６６は、Ａｇ層６３に含まれるＡｇの酸化を防ぐための保護膜として機能する。また、ＳｉＯ２層６５とＴｉＯ２層６６は、互いに異なる屈折率を有するため、その屈折率差により、ＬＥＤ素子３０から実装基板１０側に出射された光を反射させるための反射層としても機能する。ＳｉＯ２層６５とＴｉＯ２層６６の２層だけでは反射率は高くないが、Ａｇ層６３に加えてこれらの２層を設けることにより、ＬＥＤ素子３０から実装基板１０側に出射された光のほぼ１００％を反射することができる。
【００２７】
なお、多層膜６０では、その上側（実装基板１０から遠い側）において、ＳｉＯ２層６５とＴｉＯ２層６６を交互に複数回積層してもよい。その積層回数を増やすほど、数％の範囲内ではあるが、多層膜６０による反射率をさらに高めることができる。
【００２８】
また、図３に示すように、ＬＥＤ発光装置１では、実装基板１０自体も多層構造を有する。これは、多層膜６０によりほぼ１００％といった極めて高い反射率を得るためには、多層膜６０が積層される実装基板１０の平坦度を高くする（表面粗さを少なくする）必要があるためである。実装基板１０は、金属基台としてのＡｌ（アルミニウム）基台１２を有し、Ａｌ基台１２の上に、Ａｌ基台１２に近い側から順に積層されたＡｌ２Ｏ３層１３、Ａｌ層１４、ＳｉＯ２層１５およびＴｉＯ２層１６で構成される多層構造（第２の多層膜）を有する。この多層構造により、実装基板１０の上面の平坦度および表面状態が向上するため、接着シート２６による回路基板２０との密着力が高くなるとともに、その後で多層膜６０を状態よく安定して成膜できるようになるため、多層膜６０による光の反射率がさらに向上する。
【００２９】
図４は、ＬＥＤ発光装置１の反射スペクトルと発光スペクトルを示すグラフである。曲線ａは、多層膜６０がない場合の実装基板１０の反射スペクトルを示し、曲線ｂは、多層膜６０がある場合の実装基板１０（ＬＥＤ発光装置１）の反射スペクトルを示す。また、曲線ｃ，ｄは、それぞれ色温度が２７００Ｋ，５０００ＫのＬＥＤパッケージ（ＬＥＤ発光装置１）の発光スペクトルを示す。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は反射率Ｒ（％）または相対発光強度Ｉ（％）である。
【００３０】
図４に曲線ａで示すように、多層膜６０がない場合には、４２０〜７４０ｎｍの波長域において、実装基板１０は概ね９０〜９５％の反射率を有する。これに対し、曲線ｂで示すように、多層膜６０がある場合には、同じ波長域において、実装基板１０（ＬＥＤ発光装置１）は概ね９５〜１００％の反射率を有する。このように、多層膜６０を設けることにより、ＬＥＤ発光装置１の反射率が向上していることが確かめられる。
【００３１】
一方、４００ｎｍ以下の波長域では、曲線ａ，ｂのどちらも、波長が小さくなるにつれて反射率が急激に低下している。しかしながら、曲線ｃ，ｄで示すように、ＬＥＤの発光波長域は４２０〜７４０ｎｍ程度であり、この範囲内では、ＬＥＤ発光装置１の反射率は概ね９５％以上に維持されている。すなわち、反射率が９５％以下に低下する波長域は、ＬＥＤの発光波長域より短波長側である。したがって、ＬＥＤ発光装置１では、多層膜６０を設けることにより、ＬＥＤの発光波長域における光の反射率が向上する。
【００３２】
上記の通り、多層膜６０の各層は、スパッタリング、蒸着またはメッキ処理などの方法によって作製される。その際は、すべての層を同じ成膜工法で作製してもよいし、複数の成膜工法を組み合わせてもよい。ただし、特にＡｇ層６３は、スパッタリングよりも蒸着で作製する方が、反射率が向上するため好ましい。
【００３３】
図５は、多層膜６０の成膜工法による反射特性の違いを示すグラフである。曲線ｅは、スパッタリングにより多層膜６０が形成された実装基板１０の反射スペクトルを示し、曲線ｆは、蒸着により多層膜６０が形成された実装基板１０の反射スペクトルを示す。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は反射率Ｒ（％）である。
【００３４】
図５に示すように、スパッタリングよりも蒸着でＡｇ層を作製する方が、ＬＥＤの発光波長域（４２０〜７４０ｎｍ程度）において、実装基板１０の反射率は０．５〜１％程度高くなる。これは、スパッタリングの場合には、Ａｇ層の材料となるターゲットに含まれていた不純物が飛散してＡｇ原子と一緒に成膜されてしまうが、蒸着の場合には、材料に含まれる不純物は飛散せず成膜されないためであると考えられる。蒸着の場合には、成膜が高真空中で行われることから、Ａｇ層として純度の高いものが得られ、それにより反射率が向上すると考えられる。
【００３５】
以上説明したように、ＬＥＤ発光装置１では、多層膜６０がＡｇ層６３、ＳｉＯ２層６５およびＴｉＯ２層６６を有することにより、ＬＥＤ素子３０の光を効率よく反射させることができ、ＬＥＤ発光装置１の発光効率（すなわち、ＬＥＤパッケージとしての明るさ）を向上させることが可能になる。ＬＥＤ発光装置１では、多層膜６０の各層の厚みを均一にすることにより、ＬＥＤ素子３０から出射された光を均等に反射させることができるとともに、発光に伴う熱を実装基板１０に向けて均等に拡散させることもできる。
【００３６】
また、ＬＥＤ発光装置１では、Ａｌ２Ｏ３層６１とＡｇ層６３の間にＮｉ層６２を設けることにより、熱などによってＡｇ層６３が溶融した場合であっても、実装基板１０が直接その影響を受けるおそれがなくなる。このため、ＬＥＤ発光装置１は、実装基板１０とＬＥＤ素子３０の特性を劣化させることなく、長期にわたって安定した状態を維持することも可能になる。
【符号の説明】
【００３７】
１    ＬＥＤ発光装置
１０    実装基板
２０    回路基板
３０    ＬＥＤ素子
４０    反射枠
５０    封止樹脂
６０    多層膜
【図１】
0006381327.tif 000002
【図２】
0006381327.tif 000003
【図３】
0006381327.tif 000004
【図４】
0006381327.tif 000005
【図５】
0006381327.tif 000006