(57)【要約】   【課題】光観測面において高輝度に発光可能な発光装置を提供すること。  【解決手段】基板１に、絶縁層３と配線導体層４とが順次被着されており、絶縁層３は、配線導体層４に電気的に接続される発光素子５から発せられる光を透過する光透過性の絶縁体３からなるとともに側面が露出するように形成されている。【選択図】  図１
2007123565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、絶縁層と配線導体層とが順次被着されており、
前記絶縁層は、前記配線導体層に電気的に接続される発光素子から発せられる光を透過する光透過性の絶縁体からなるとともに側面が露出するように形成されていることを特徴とする発光素子搭載用基板。
【請求項２】
前記絶縁層の側面が粗面化され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】
前記絶縁層の側面の表面粗さを、前記絶縁層の前記配線導体層と接続される表面の表面粗さよりも大きくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子搭載用基板。
【請求項４】
前記配線導体層の側面の表面粗さを、前記配線導体層の前記発光素子と接続される表面の表面粗さよりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子搭載用基板。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光素子搭載用基板の前記配線導体層に前記発光素子の電極を電気的に接続させ、前記発光素子と前記発光素子搭載用基板との間に透光性部材が充填された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、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子が搭載される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】
従来の発光装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子が基板に搭載され、発光素子と基板との間には透光性部材が充填された構造となっている。発光素子は、基板に形成された配線導体に電気的に接続されている。
【０００３】
この発光装置は、外部電気回路から供給される駆動電流によって発光素子から光が発せられて発光装置外部へ放出される。
【特許文献１】特開２００２−３５９４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、このような発光素子を用いた発光装置は一般照明に使用されうるよう開発が進められており、高輝度に発光することができる発光装置が求められている。
【０００５】
しかしながら、従来の発光装置では、発光素子から基板側へ出た光が発光素子と基板との間から出にくい構造であり、発光素子から出た光を発光装置外部へ十分に取り出すことができないという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は上記従来の問題点を鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光観測面において高輝度に発光可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光素子搭載用基板は、基板に、絶縁層と配線導体層とが順次被着されており、前記絶縁層は、前記配線導体層に電気的に接続される発光素子から発せられる光を透過する光透過性の絶縁体からなるとともに側面が露出するように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の発光素子搭載用基板は、前記絶縁層の側面が粗面化されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の発光素子搭載用基板は、前記絶縁層の側面の表面粗さを、前記絶縁層の前記配線導体層と接続される表面の表面粗さよりも大きくしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の発光素子搭載用基板は、前記配線導体層の側面の表面粗さを、前記配線導体層の前記発光素子と接続される表面の表面粗さよりも大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の発光装置は、上記本発明記載の発光素子搭載用基板の前記配線導体層に前記発光素子の電極を電気的に接続させ、前記発光素子と前記発光素子搭載用基板との間に透光性部材が充填されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光素子搭載用基板は、基板に、絶縁層と配線導体層とが順次被着されており、絶縁層は、配線導体層に電気的に接続される発光素子から発せられる光を透過する光透過性の絶縁体からなるとともに側面が露出するように形成されていることにより、発光素子から出た光が発光素子と基板との間に閉じ込められ難くなり、光の外部への取り出し効率が向上した発光素子搭載用基板を提供することができる。
【００１３】
すなわち、本発明の発光素子搭載用基板において、発光素子から基板側へ出た光は直接または基板の表面で反射された後、光透過性の絶縁層の中を通り発光装置の外部へ向かうことができる。このため、光の外部への取り出し効率が向上した発光素子搭載用基板を提供することができる。
【００１４】
本発明の発光素子搭載用基板は、絶縁層の側面が粗面化されていることにより、発光素子から基板側へ出た光が光透過性の絶縁層を通った後、粗面化された絶縁層の側面から多方向にまんべんなく放出されるため、発光装置の発光面において光の強度むらを低減することができる。
【００１５】
本発明の発光素子搭載用基板は、絶縁層の側面の表面粗さが、絶縁層の配線導体層と接続される表面の表面粗さよりも大きく形成されていることにより、絶縁層の内側を絶縁層と配線導体層の界面へ進んだ光はその界面が比較的平滑であるので、反射して絶縁層の外側面へ向かいやすくなり、光が閉じ込められるにくくなる。また、絶縁層の側面から出る光は表面粗さが大きいことにより乱反射して多方向へと進む。よって、発光装置の発光面における発光強度を高めることができるとともに光の強度むらを低減することができる。
【００１６】
本発明の発光素子搭載用基板は、配線導体層の側面の表面粗さが、配線導体層の発光素子と接続される表面の表面粗さよりも大きく形成されていることにより、発光素子を安定して配線導体層に設けることができるとともに、発光素子から出た光を配線導体層の側面で乱反射させ多方向にまんべんなく進行させることができ、発光観測面において光の強度むらを低減することができる。
【００１７】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子搭載用基板の配線導体層に発光素子の電極を電気的に接続させ、発光素子と発光素子搭載用基板との間に透光性部材が充填されていることにより、高輝度に発光可能な発光装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の発光素子搭載用基板を用いた発光装置の一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１の発光素子搭載用基板を示す断面図、図３は図２の発光素子搭載用基板の斜視図である。
【００１９】
本発明の発光装置は、図１に示すように、基板１の上面に光反射層２が形成され、光反射層２の上面に発光素子５の電極５ａが接続されている。光反射層２の発光素子５が接続される領域には、光透過性の絶縁層３と配線導体層４とが順次被着形成されている。絶縁層３はその側面が図１に示すように露出している。
【００２０】
基板１は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックス絶縁材料等から成る。特に酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体を用いた場合には、これらの材料の熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高いため、高放熱性という観点から、発熱量の大きい各種半導体素子を搭載する配線基板に好適に使用することができる。このように基板１がセラミックスからなる場合、樹脂からなる場合に比べて、放熱性が向上するとともに強度が向上する。
【００２１】
光反射層２は、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニッケル（Ｎｉ）、Ｔａ２Ｎ、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等から成る。このような光反射層２の厚みは０.１〜５.０μｍであるとよい。０.１μｍ未満では光反射率が低くなる傾向がある。また、５.０μｍより大きいと、光反射層２を基板１に成膜する際に内部応力によって基板１から剥離し易くなる。
【００２２】
また、図示はしないが、光反射層２の表面に保護膜が被着形成されていると、光反射層２の表面の耐腐食性が向上して光の反射率が低下しにくくなる。このような保護膜は有機物や無機物などの透明膜から成り、例えばアルミナ等の酸化物の薄膜が用いられる。保護膜の厚みは０.１μｍ未満の厚みでは腐食を抑え難く、５.０μｍより厚いと保護膜を光反射層２に形成する際の応力によって光反射層２から剥離する可能性があるため０.１〜５.０μｍで形成されるとよい。
【００２３】
絶縁層３は発光素子５から発せられる光を透過する光透過性の絶縁体からなり、例えば酸化珪素（ＳｉＯ２）質焼結体、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）質焼結体、酸化チタン（ＴｉＯ２）質焼結体、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料やガラス、透明樹脂等から成る。絶縁層３の厚みは０.１〜５.０μｍであるのがよい。０.１μｍ未満では光反射層２と強固に接合され難く、５.０μｍより大きいと、絶縁層３を光反射層２に形成する際に内部応力によって剥離し易くなる。
【００２４】
このような絶縁層３は、導電性の特徴をもつ光反射層２と後述の配線導体層４とを絶縁させる役割を持つとともに、光反射層２と配線導体層４との間に金属間化合物が生成されることを妨げる拡散防止層の作用もなす。また、絶縁層３の上に配線導体層４が形成されることから、絶縁層３は配線導体層４の上面の表面粗さを改善する役割も果たす。従来の構造では配線導体層４が直接基板１に設けられていたため、配線導体層４の表面の算術平均粗さＲａが基板１の表面状態に影響されていたが、本発明の発光装置においては絶縁層３が配線導体層４の下地として設けられるため、配線導体層４の表面が平坦に近づく。
【００２５】
配線導体層４は密着金属層と主導体層とからなる。密着金属層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｔｉ−Ｐｔ等から成り、主導体層はＡｕ等から成る。このような密着金属層の厚みは０.１〜０.５μｍが好ましく主導体層の厚みは０.５〜２.０μｍが好ましい。
【００２６】
発光素子５は、ＬＤ（レーザダイオード），ＬＥＤ（Light Emitting Diode），高速ＣＰＵ（Central Processing Unit）等が用いられる。
【００２７】
透光性部材６は、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン樹脂、ユリア・メラミン樹脂などからなり、発光素子５と基板１との間に形成されて発光素子５を発光装置から剥離しにくくさせる働きがある。
【００２８】
本実施形態の発光装置は、表面が光反射層２とされた基板１に、光透過性の絶縁層３と配線導体層４とが順次被着されており、絶縁層３は側面が露出するように形成されている。また、絶縁層３は上述したように、発光素子５の光を透過する光透過性の絶縁体からなる。本発明の発光装置はこのような構成により、発光素子５から出た光が発光素子５と基板１との間に閉じ込められ難くなり、光の外部への取り出し効率が向上させることができる。
【００２９】
すなわち、本発明の発光装置において発光素子５から基板１側へ出た光は基板１の表面に形成された光反射層２で反射される。光反射層２で反射された光や発光素子５から直接出た光の一部は光透過性の絶縁層３の中を通るため、進路を妨げられることなく発光装置の外部へ向かうことができ、光の外部への取り出し効率を向上させることができる。
【００３０】
ここで、図３に示したように絶縁層３の側面３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは配線導体層４から露出している。このように絶縁層３の側面３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、すなわち絶縁層３の基板１に接続される側および発光素子５側以外の面が配線導体層４によって覆われていないことにより、たとえ発光素子５から基板１側へ出射された光が光透過性の絶縁層３中を進行しても、絶縁層３の側面から光を放出することができるため、絶縁層３に吸収される光を低減し、発光装置の発光面において高輝度な光を出力することができる。
【００３１】
また、絶縁層３の側面３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは粗面化されていると好ましい。このような構成により、発光素子５から基板１側へ出た光が光透過性の絶縁層３を通った後、粗面化された絶縁層３の側面から多方向に放出されるため、発光装置から放射される光の強度むらを低減することができる。仮に発光装置の上面に蛍光体層を設けた場合、蛍光体層に光を万遍なく入射させることができるため、色ムラが少ない安定した光を出力できる発光装置とすることができる。このような絶縁層３の側面の表面粗さＲａは、原子間力顕微鏡を用いて測定し、０.４０μｍ以上１０.０μｍ以下に形成されているのがよい。
【００３２】
また、絶縁層３の側面は絶縁層３の配線導体層４と接合される面（図１において絶縁層３の上面）よりも粗く形成されている方がよい。絶縁層３の上面が平坦に近い状態で形成されていることにより、絶縁層３内においての絶縁層３の上面へと向かった光は反射されて絶縁層３の側面へと進む。その後絶縁層３の側面から出る光は、絶縁層３の側面が粗く形成されていることにより乱反射して多方向へと進み、発光装置の発光面における光の強度むらを低減することができる。仮に絶縁層３の上面が粗く形成されていると、絶縁層３と配線導体層４との界面で光が乱反射し絶縁層３内に光が閉じ込められる可能性がある。この場合、絶縁層３の側面の表面粗さＲａは、原子間力顕微鏡を用いて測定し、０.４０μｍ以上１０.０μｍ以下であるのがよく、絶縁層３の上面の表面粗さＲａは、０.０２μｍ以上０.３０μｍ以下であるのがよい。
【００３３】
また、配線導体層４の側面の表面粗さは発光素子５と接続される配線導体層４の表面の粗さよりも大きいほうが好ましい。このような構成によって配線導体層４の表面が平坦に近い状態に形成され、発光素子５を安定して配線導体層４に設けることができるとともに、発光素子５から出た光を配線導体層４で乱反射させ多方向に進行させることができ、発光観測面において光の強度むらの少ない発光装置とすることができる。このような配線導体層４の側面の表面粗さＲａは、原子間力顕微鏡を用いて測定し、０.４０μｍ以上１０.０μｍ以下とされるのがよい。０.４０μｍ未満では配線導体層４と透光性部材６とを強固に密着させることが困難となる傾向があり、１０.０μｍより大きいと発光素子５が接続される側の配線導体層４の表面の寸法がバラついて発光素子４の実装位置精度が悪くなる可能性がある。この場合、発光素子５と接続される配線導体層４の表面の粗さは０.０２μｍ以上０.３０μｍ以下に設計されるのがよい。
【００３４】
ここで、絶縁層３および配線導体層４の側面の粗面化は、絶縁層３と配線導体層４をリフトオフ法を用いて形成する際にマスキング膜を引きちぎるように破断除去することにより行うことができる。このとき、マスキング膜や絶縁層３、配線導体層４の厚みを変えることで表面粗さを所望の値とすることができる。このような方法によって、配線導体層４の側面や絶縁層３の側面の表面粗さを配線導体層４の上面や絶縁層３の上面の表面粗さよりも大きくすることができる。
【００３５】
次に、本発光装置の製造方法を説明する。
【００３６】
基板１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、先ずアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やシリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状と成し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約１６００℃の温度で焼成して基板１とする。その後、必要に応じて基板１の表面に研磨加工を施す。
【００３７】
次に基板１の表面に蒸着法、スパッタリング法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により光反射層２を形成する。ここで、光反射層２の表面に透明ガラスや透明樹脂を塗布することにより保護膜を形成しておく。
【００３８】
次に光反射層２の上面にフォトリソグラフィ法の一つであるリフトオフ法を用いて、光反射層２の表面に絶縁層３および配線導体層４の反転パターンと成るマスキング膜をフォトレジスト等で形成し、その上に真空蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ法等により絶縁層３、配線導体層４が順次被着される。その後、光反射層２からマスキング膜が除去されることにより、本発明の発光素子搭載用基板となる。
【００３９】
そして、発光素子搭載用基板の配線導体層４に発光素子５の電極５ａを電気的に接合させ、透光性部材６で発光素子５と基板１との間を充填することで発光装置となる。
【００４０】
また、本製造方法において上述のように絶縁層３、配線導体層４が真空蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ法等により基板１に形成された光反射層２に設けられるため、基板１に生じる反りを低減することができる。仮に、基板１となるセラミックグリーンシートを射出成形し、焼成することにより基板１と絶縁層３とを同時に形成しようとすると基板の反りが大きくなる可能性がある。
【実施例】
【００４１】
本発明の各実施例を以下に説明する。
【００４２】
本実施例では、各条件で作成した試料番号１〜７の発光素子搭載用基板における発光素子５の接合強度（ダイシェア強度）と実装位置のずれを確認した。
【００４３】
本実施例において、基板１は厚さ０.５ｍｍ、外形寸法が１１４.３ｍｍ角のＡｌＮからなり、両主面の表面粗さＲａは０.０５μｍ以下である。基板１の上面には、Ａｌ膜から成る光反射層２を０.１〜５.０μｍの厚みで形成している。絶縁層３はＡｌ２Ｏ３からなり、配線導体層４はＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなる。
【００４４】
絶縁層３の側面の表面粗さＲａは、試料番号１〜７までの各条件値となるようにリフトオフ法を用いて反転パターンと成るマスキング膜厚みを変えることで調整した。
【００４５】
試料番号１〜７の絶縁層３の側面の表面粗さＲａは原子間力顕微鏡を用いて測定している。
【００４６】
（試料番号１）基板１上に形成された光反射膜２に、反転パターンと成るマスキング膜厚みを０.２μｍ形成することによって、絶縁層３の側面の表面粗さＲａを０.０８μｍとした発光素子搭載用基板。
【００４７】
（試料番号２）基板１上に形成された光反射膜２に、反転パターンと成るマスキング膜厚みを０.３μｍ形成することによって、絶縁層３の側面の表面粗さＲａを０.１２μｍとした発光素子搭載用基板。
【００４８】
（試料番号３）基板１上に形成された光反射膜２に、反転パターンと成るマスキング膜厚みを０.５μｍ形成することによって、絶縁層３の側面の表面粗さＲａを０.５μｍとした発光素子搭載用基板。
【００４９】
（試料番号４）基板１上に形成された光反射膜２に、反転パターンと成るマスキング膜厚みを２．０μｍ形成することによって、絶縁層３の側面の表面粗さＲａを３．５μｍとした発光素子搭載用基板。
【００５０】
（試料番号５）基板１上に形成された光反射膜２に、反転パターンと成るマスキング膜厚みを４．０μｍ形成することによって、絶縁層３の側面の表面粗さＲａを８．２μｍとした発光素子搭載用基板。
【００５１】
（試料番号６）基板１上に形成された光反射膜２に、反転パターンと成るマスキング膜厚みを６．０μｍ形成することによって、絶縁層３の側面の表面粗さＲａを９．５μｍとした発光素子搭載用基板。
【００５２】
（試料番号７）基板１上に形成された光反射膜２に、反転パターンと成るマスキング膜厚みを８．０μｍ形成することによって、絶縁層３の側面の表面粗さＲａを１１．０μｍとした発光素子搭載用基板。
【００５３】
試料番号１〜７の発光素子搭載用基板の配線導体層４に、接合強度確認用の発光素子（Ａｌ２Ｏ３製：１ｍｍx１ｍｍxｔ０.２５４  最表層Ａｕ仕上げ）を加熱圧着した。そして、透光性部材６として透明なエポキシ樹脂をサイドフィルプロセスを用いて、発光素子５と基板１との間に充填し、バッチ式オーブン内で１２０度で２時間放置し、硬化させた。
【００５４】
次に、発光素子の接合強度の確認を行なった。接合強度評価は、ダイシェアテスター（ＤＥＧＥ製（ＳＥＲＩＥＳ４０００））試験を用いた。ダイシェア強度２.５Ｎ／ｍｍ２より小さいと、透光性部材６が絶縁層３から剥離しやすいため、判定基準としてダイシェア強度２.５Ｎ／ｍｍ２より強いものを合格としている。
【００５５】
また、配線導体層４の位置を基準に、発光素子の実装位置精度の確認を行い、多数個配列される発光素子４の搭載位置精度について確認した。発光素子に位置ズレが生じると、所望の光を発光面で得ることができず、色温度のバラツキが生じることから、位置精度の判定基準として搭載位置精度１５μｍ以下を合格とした。結果を表１に示す。
【表１】
2007123565.tif 000003
【００５６】
試料番号３〜６は絶縁層３の側面の表面粗さが０.４０〜１０.０μｍの範囲内の試料であり、試料番号３〜６において接合強度は２.５Ｎ／ｍｍ以下の不具合が観察されず、実装ズレ寸法も１５μｍ以下であり、良好な接合強度および位置精度で発光素子を実装された。
【００５７】
以下、各試料について詳しく説明する。
【００５８】
（試料番号１）ダイシェア強度が０.８Ｎ／ｍｍ２であり、接合強度を十分とすることができない。実装位置ズレ寸法は４.６μｍで不具合は確認されなかった。
【００５９】
（試料番号２）ダイシェア強度が２.２Ｎ／ｍｍ２であり、接合強度を十分とすることができない。実装ズレ寸法は４.８μｍで不具合は確認されなかった。
【００６０】
（試料番号３）ダイシェア強度が３.２Ｎ／ｍｍ２であり接合強度は十分である。実装位置ズレ寸法は５.２μｍで不具合は確認されなかった。
【００６１】
（試料番号４）ダイシェア強度６.８Ｎ／ｍｍ２であり接合強度は十分である。実装位置ズレ寸法は８.６μｍで不具合は確認されなかった。
【００６２】
（試料番号５）ダイシェア強度８.２Ｎ／ｍｍ２であり接合強度は十分である。実装位置ズレ寸法は１３.７μｍで不具合は確認されなかった。
【００６３】
（試料番号６）ダイシェア強度８.２Ｎ／ｍｍ２であり接合強度は十分である。実装位置ズレ寸法は１４.４μｍで不具合は確認されなかったが、合格判定基準１５μｍの上限値に近い。
【００６４】
（試料番号７）ダイシェア強度１０.２Ｎ／ｍｍ２であり接合強度は十分である。実装位置ズレ寸法は１８.６μｍと合否判定基準の１５μｍより大きくなっており、位置ズレ不具合が確認された。
【００６５】
なお、本発明は上述の実施の最良の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００６６】
例えば、図において絶縁層３、配線導体層４が直方体に形成されているが、枠状に形成されていてもよく、その場合、発光素子が安定して搭載される。また、光反射層２は基板１に形成されていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の発光装置の発光素子搭載用基板を示す断面図である。
【図３】図２の発光素子搭載用基板の斜視図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  ：基板 
３  ：絶縁層
４  ：配線導体層
５  ：発光素子
【図１】
2007123565.tif 000004
【図２】
2007123565.tif 000005
【図３】
2007123565.tif 000006