(57)【要約】【課題】    ＬＥＤチップおよび蛍光体から発せられる近赤外〜紫外光の反射率が高い反射部材を備えた発光装置および該反射部材を提供する。【解決手段】    発光装置は、見掛け密度が２．５〜３．３ｇ／ｃｍ３であるポラスアルミナで形成された反射面を有する反射部材と、反射面上ないし近傍に配置されたＬＥＤと、を有する【選択図】  図５
2007305844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
見掛け密度が２．５〜３．３ｇ／ｃｍ３であるポラスアルミナで形成された反射面を有する反射部材と、
前記反射面上ないし近傍に配置されたＬＥＤと、
を有する発光装置。
【請求項２】
前記ポラスアルミナが、平均径０．１〜１．０μｍの粒子の集合である請求項1記載の発光装置。
【請求項３】
前記ポラスアルミナが、９９ｗｔ％以上のアルミナ純度を有する請求項1または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射面が、波長３００〜８００ｎｍの範囲で、ＢａＳＯ４を基準とした相対反射率９５％以上を有する請求項１〜３のいずれか１項記載の発光装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤを埋め込み、前記反射面に密着する樹脂封止材をさらに有する請求項1〜４のいずれか1項記載の発光装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤが青色光または紫外光を発光するＬＥＤであり、前記樹脂封止材が蛍光体を分散保持する請求項１〜５のいずれか1項記載の発光装置。
【請求項７】
見掛け密度が２．５〜３．３ｇ／ｃｍ３であるポラスアルミナで形成された反射面を有する反射部材。
【請求項８】
前記ポラスアルミナが、平均径０．１〜１．０μｍの粒子の集合である請求項７記載の反射部材。
【請求項９】
前記ポラスアルミナが、９９ｗｔ％以上のアルミナ純度を有する請求項７または８記載の反射部材。
【請求項１０】
前記反射面が、波長３００〜８００ｎｍの範囲で、ＢａＳＯ４を基準とした相対反射率９５％以上を有する請求項７〜９のいずれか１項記載の反射部材。
【請求項１１】
（ａ）平均一次粒子径が０．１〜１．０μｍの易焼結性アルミナ一次粒子をプレス加工し、アルミナ成形体を形成する工程と、
（ｂ）前記アルミナ成形体を焼成し、ポラスアルミナ反射部材とする工程と、
（ｃ）前記ポラスアルミナ反射部材上または近傍にＬＥＤを配置する工程と、
を含む発光装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ａ）において、易焼結性アルミナ一次粒子が純度９９．９９ｗｔ％以上である請求項１１記載の発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｂ）が、８００〜１５００℃で前記アルミナ成形体を焼成する請求項1１または１2記載の発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ポラスアルミナ反射部材が、見掛け密度２．５〜３．３ｇ／ｃｍ３を有する請求項１１〜１３のいずれか１項記載の発光装置の製造方法。
【請求項１５】
酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２），ハフニア（ＨｆＯ２），酸化亜鉛（ＺｎＯ）のいずれかで形成され，充填率６３％〜８３％を有するポラスセラミックスで形成された反射面を有する反射部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子は、小型、高効率光源として情報表示板用光源などに応用されている。最近さらに明るさや効率の改善が進んでいることから自動車照明、一般照明にまで応用展開されつつある。発光装置は、半導体チップとこれを収容するための収納容器、電気回路などから構成される。
【０００３】
収納容器は、単独あるいは複数の部材の組み合わせにより素子を収納するための凹部が形成され、その開口部から光は取り出される。収納容器には、セラミックス、ガラス、樹脂、表面に絶縁膜を形成した導電体などが用いられる。収納容器の凹部底面から外部にかけて、発光素子に電力を給電するための配線層が形成される。
【０００４】
発光素子は、例えばその裏面を凹部の底面の配線層上（電極上）に導電性接合剤を介して接合固定される。導電性接合材は、銀（Ａｇ）ペーストまたは半田や、ＡｕＳｎ等の共晶材料が一般的に用いられる。表面側の電極はＡｕワイヤ等で配線層に接続される。表面側に２電極を形成したり、フリップチップボンディングすることもある。
【０００５】
凹部内に、必要に応じて蛍光発光材料（蛍光体）を分散したシリコーン樹脂などの樹脂を充填することで発光素子を封止し、発光装置が構成される。蛍光体は半導体チップからの発光の少なくとも一部を吸収し、波長変換した光を発光する。
【０００６】
半導体チップから発せられた光は、蛍光体や収納容器の凹部内面で反射および吸収を繰り返し、最終的に外部へ出射する。収納容器に用いられる材料が、半導体チップまたは蛍光体から放射された光に対し吸収性を持つ場合、光は凹部内で吸収されて減衰する。結果として、発光装置の輝度が低くなる。
【０００７】
収納容器に用いられる材料が、半導体チップまたは蛍光体から放射された光に対し光透過性を有する場合、光は凹部内壁を透過して開口部以外の方向へ洩れ出す。結果として、発光装置の輝度が低くなる。
【０００８】
収納容器の凹部内面に反射層等の反射部材を形成することが知られている。凹部内面に、金属反射部材を兼ねて電極がパターニングされていることもある。反射兼用電極は、凹部内面全面に設けるのではなく、ＬＥＤチップに給電するための電極パターンに従って、部分的に形成されることが多い。例えば、凹部内底面（基板面）上に絶縁可能な間隔を空けたパターニングや凹部内底面と内壁面との間に絶縁可能な間隔を空けたパターニング、凹部内壁面上に絶縁可能な間隔を空けたパターニングなどが採用される。絶縁可能な間隔により半導体チップへの給電の際の電気的短絡を防止する。
【０００９】
最近は発光素子収納容器の小型化、薄型化が急速に進んでいる。そのような収納容器においては凹部内面に形成された反射部パターンは、その間隔を可能な限り狭いものとし、光の利用効率を高めることが望まれる。この間隔を０．３ｍｍ未満の狭いものにしようとすると、実用的には電気的短絡を発生しやすくなる。
【００１０】
反射層の材料としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属が使用されることが多い。可視光領域での反射率の高さから好適なのはＡｇである。Ａｇは近赤外〜可視光領域において９０％以上の高い光反射率が得られるため、発光装置の輝度低下を比較的少なく抑えることができる。例えば、絶縁体基材の表面に予めメタライズ層を被着させておき、その上にメッキ処理によりＡｇを被着させる。また、Ａｇを含む組成物からなる印刷用インキを、スクリーン印刷などの手法で被着もしくはパターニングし、これを焼成することでＡｇ層を形成することもできる。
【００１１】
しかしＡｇは、硫黄やハロゲンなどを含む化学物質との接触によって化学変化を生じやすいという性質がある。例えば、Ａｇと大気中に含まれる硫黄成分とが接触すると、硫化銀を発生する可能性がある。硫化銀が発生すると、表面は黒あるいは茶色に変色する。半導体チップや蛍光体から発せられた光は変色部分に吸収され、結果的に発光装置の輝度が低下してしまう。また、Ａｇは、シリコーン等の樹脂との密着性が悪い。長期的に使用した際に界面剥離による輝度劣化や不良が生じやすい。さらに、４００ｎｍ以下の紫外線領域の光反射率に至っては０〜９０％と、近赤外〜可視光線領域に比べて特性は低く不充分である。
【００１２】
反射部材は鏡面反射である必要はない。ＬＥＤから発した光を反射して、外部に取り出せるようにすればよいので、乱反射であってもよい。乱反射する反射部材としてセラミックス部材がある。白色セラミックスは、可視領域でフラットな反射率を有する。ＬＥＤの周囲に反射面を形成する反射リングが知られている。半導体発光素子を実装する基板として、反射部材を兼用するセラミックス基板も用いられている。
【００１３】
特開平９−２９３９０４号は、ＬＥＤパッケージ裏面の配線基盤との接続端子は金（Ａｕ）メッキし、ＬＥＤパッケージ表面側のＬＥＤに対する給電配線は銀（Ａｇ）メッキすることを提案する。両者をＡｕメッキすると、波長６００ｎｍ以下の反射率が低くなってしまう。パッケージ表面側の給電配線はＡｇメッキすることにより、波長６００ｎｍ以下においても高い反射率を得ることができる。
【００１４】
特開２００５−１７９１４７号は、アルミナ、シリカ、マグネシアを含む高反射率層を有するＬＥＤ用セラミックス基板を提案する。シリカ含有量を０．１〜１質量％、マグネシア含有量を０．０１〜０．５質量％とすることが好ましいと教示する。シリカ含有量が０．１質量％を下回ると反射率が急激に低下し、ピール強度はシリカ含有量が１質量％以下となるあたりから急激に上昇する、また、マグネシア含有量が０．０１質量％を下回るとピール強度が急激に低下すると教示する。ＬＥＤ搭載領域より外側の領域には、シリカ含有量を少なくしたカバー層を形成すると、配線を形成したときのピール強度が向上すると説明する。また、強度低下を防ぐために、内部の空孔が大きくなることを防ぐことが好ましいと教示する。測定されたかさ密度と見掛け密度は同じ値である。開示されたセラミックスの可視光領域の反射率は波長４７０ｎｍで高々約８０％である。
【００１５】
【特許文献１】特開平０９−２９３９０４号公報
【特許文献２】特開２００５−１７９１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、ＬＥＤチップおよび蛍光体から発せられる近赤外〜紫外光の反射率が高い反射部材を備えた発光装置および該反射部材を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、反射率が高く、封止用樹脂との密着性が高い反射部材を備えた発光装置および該反射部材を提供することである。
【００１８】
本発明のさらに他の目的は、反射率が高く、化学変化による変色を生じにくく、輝度維持率を良好に保つことができる反射部材を備えた発光装置および該反射部材を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、反射率が高く、反射部材が電気的に絶縁性である反射部材を備えた発光装置および該反射部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の１観点によれば、
見掛け密度が２．５〜３．３ｇ／ｃｍ３であるポラスアルミナで形成された反射面を有する反射部材と、
前記反射面上ないし近傍に配置されたＬＥＤと、
を有する発光装置
が提供される。
【００２１】
本発明の他の観点によれば、
（ａ）平均一次粒子径が０．１〜１．０μｍの易焼結性アルミナ一次粒子をプレス加工し、アルミナ成形体を形成する工程と、
（ｂ）前記アルミナ成形体を焼成し、ポラスアルミナ反射部材とする工程と、
（ｃ）前記ポラスアルミナ反射部材上または近傍にＬＥＤを配置する工程と、
を含む発光装置の製造方法
が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
高反射率の反射部材が提供される。この反射部材を備えた発光装置の、外部光取り出し効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
アルミナは、代表的な白色セラミックス材料である。通常のアルミナ部材は、平均径３μｍ程度の一次粒子を約１６００℃以上の温度で焼結して、作成する。通常の用途では、強度、硬度が高く、耐摩耗性耐蝕性に優れたアルミナが良質なアルミナである。
【００２４】
１６００℃以下の低い焼結温度で高密度のセラミックス製品が得られる低温焼結性アルミナ、ないし易焼結性アルミナが、昭和電工（株）、大明化学工業（株）等のセラミックスメーカから入手可能である。易焼結性アルミナの一次粒子径は微粉化されている。粒径を小さくすることにより、焼結温度が低くなるものと考えられる。
【００２５】
昭和電工（株）から市販されている易焼結性アルミナ原料には、純度の高いものと、低いものがあり、マイクロトラックＨＲＡで測定した粒子径は約０．２μｍ〜約２μｍの範囲、または約０．２μｍ〜１０μｍの範囲に分布している。平均粒子径としては、０．４μｍ程度から２．４μｍ程度がリストされている。低い焼結温度で高密度のセラミックスを得ることを特徴としている。
【００２６】
大明化学工業（株）から市販されている易焼結性アルミナは９９．９９％以上の高純度で、１次粒子が単粒子化しており、ＳＥＭで測定した１次粒子径は０．１μｍ、０．２μｍである。易焼結性アルミナを１３００℃以下の温度で焼成し、高緻密化し、高強度、高硬度、耐摩耗性、耐蝕性に優れたセラミックスを作成できることを特徴としている。１６００℃以下の温度で焼成し、透光性に優れた焼結体が得られる種類もある。
【００２７】
本発明者らは、高純度の易焼結性アルミナを用いてＬＥＤ用反射部材を形成することを試みた。一般的な用途では、密度が高く、強度が高いセラミックスが尊ばれている。反射部材としては、強度はさほど必要ない。ＬＥＤおよび蛍光体の発光波長である、ないし発光波長となる可能性のある波長３００−８００ｎｍで高反射率であることを第１に重視する。ＬＥＤないし蛍光体よりの発光を反射して外部に取り出せればよいので、乱反射でよい。
【００２８】
図１Ａは、作成したアルミナサンプル１１の形状を概略的に示す。外径ｄは２０〜３５ｍｍ、高さｈは１〜５ｍｍの円板ないし円柱状である。焼成前の成形物は寸法が若干大きいが、基本的に同一形状である。
【００２９】
本例サンプルを作成するアルミナ原料として、焼結助剤を含まない高純度（９９．９９重量％以上）易焼結性アルミナ粉（一次粒子）を昭和電工（株）から入手した。マイクロトラック法（レーザ散乱法）で測定した平均一次粒子径は、０．３μｍであった。一次粒子を１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で金型プレスすることにより円柱状の本例成形物を作製した。成形物を１２５０℃で３時間焼成して本例サンプルのアルミナ部材を作製した。
【００３０】
比較のため、従来のアルミナと銀メッキを用いた反射部材も作製した。
【００３１】
比較例アルミナ原料として、フラックスとしてシリカ、マグネシア、カルシアを合計で4重量パーセント含む９６％アルミナ粉を用いた。平均一次粒子径は、約３μｍである。本例サンプル同様、一次粒子を１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で金型プレスすることにより比較例成形物を作製した。形状は本例サンプルと同じであり、図１Ａに示す円板ないし円柱形状であり、外径２０〜３５ｍｍ、高さ１〜５ｍｍである。成形物を１６００℃で３時間焼成して比較例サンプルのアルミナ部材を作成した。
【００３２】
図１Ｂは、銀メッキ反射部材サンプルの形状を概略的に示す。５０ｍｍ×５０ｍｍ、高さ１ｍｍの正方形板状ないし角柱状アルミナ基板２２の上に下地電極２３としてタングステン層を形成し、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｕメッキを介してその上に銀層２４を電解メッキして銀メッキサンプル２１を作成した。
【００３３】
図２Ａ，２Ｃは、本例サンプルのアルミナ部材と比較例サンプルのアルミナ部材の 円形表面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したＳＥＭ像を示す。図２Ｂは、図２Ａの一部拡大像である。図２Ａ、２Ｂに示す本例サンプルのアルミナ部材は、平均粒子径０．３μｍの一次粒子がその形を残しており、接触部で結合され、結合部以外では粒子間は離れて、多数のポアを形成している。これをポラスアルミナと呼ぶ。
【００３４】
図２Ｃに示す比較例サンプルのアルミナ部材では、平均粒子径３μｍの一次粒子の形状はほとんど残っていない。焼結で粒子が大きく成長し、間隙は埋まっているようである。ポアはほとんど観察されない。これをバルクアルミナと呼ぶ。
【００３５】
本例サンプルのポラスアルミナの見掛け密度は明らかに比較例サンプルのバルクアルミナの見掛け密度より低いであろう。ポア（空気）とアルミナ粒子の界面は光学界面を形成し、アルミナ粒子の径が０．３μｍ程度であるので、アルミナ粒子表面が光に対し散乱中心として機能するであろう。粒子の形状が残っているので、粒子同士の接触部も光学的界面を形成している可能性がある。
【００３６】
見掛け密度測定を以下の通り実施した。焼成により得たサンプルについて、電子天秤を用いて重量を求めた。またノギスを用いて径および高さの各寸法を計測した。計測した寸法から体積を算出した。従って、求めた体積とは、オープンポアとクローズドポアを含めた体積となる。重量÷体積から見掛け密度を算出した。
【００３７】
反射率の測定を以下の通り実施した。
【００３８】
本例ポラスアルミナサンプルと比較例バルクアルミナサンプルの内、それぞれ高さ1ｍｍのサンプル、および比較例銀メッキサンプルについて、波長３００〜８００ｎｍの光に対する反射率測定を行った。測定装置として紫外・可視分光光度計（島津製作所ＵＶ−３１００ＰＣ）および積分球ユニット（ＩＳＲ−３１００）を用いた。標準反射材料には硫酸バリウム（和光純薬工業  試薬特級）を使用した。
図１Ｃ、１Ｄは、標準反射試料セルおよび標準反射試料を示す。標準反射試料セル３１は、径３５ｍｍ、深さ５ｍｍの凹部３２を有する。この凹部３２に標準試料３３を詰めて、標準反射試料３０を作成した。
【００３９】
図３Ａ，３Ｂに、測定結果をまとめて示す。標準反射試料３０および板状サンプル１１，２１は立てて、水平方向から標準試料面、サンプル面に光を入射した。
【００４０】
図３Ａは、反射率スペクトルのグラフである。ＢａＳＯ４の反射率を基準とした、本例アルミナサンプルの相対反射率は３００−８００ｎｍの測定波長領域全体できわめて高く、約９９％以上である。原料、作製工程の条件等によるバラツキがあっても、９５％以上の相対反射率が期待できるであろう。
【００４１】
比較例銀メッキサンプルの反射率は波長８００ｎｍでは約９５％あるが、波長が短くなるにつれて低下し、波長４５０ｎｍでは約８７％となり、波長３００−４００ｎｍの領域では著しく低下している。
【００４２】
比較例アルミナサンプルの反射率は、波長４５０ｎｍ以上では、約８５％の比較的安定した値を示しているが、波長約４００ｎｍ以下の領域では低下が大きく、波長３００ｎｍでは約３０％となっている。
【００４３】
本例アルミナサンプルの反射率が高いのは、第１に部材中のポアに起因すると考えられる。ポアが散乱中心となれば、入射光を乱反射し、反射率を高めると考えられる。本例アルミナサンプルを用いた反射部材を用いることにより、ＬＥＤまたは蛍光体から放射された近赤外から紫外領域の光に対し、高反射率を発揮し、明るく、外部取り出し効率の高い発光装置を提供できるであろう。比較例アルミナサンプルは、ポアがないか、少ないので、光学界面が少なく、光が透過して反射率に寄与しない、また純度が低いので透過中に吸収される可能性も高く、これらの結果反射率が低いのであろう。
【００４４】
図３Ｂは、反射率と見掛け密度をまとめて示す表である。反射率は図３Ａのグラフの、波長３５０ｎｍ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍでのＢａＳＯ４の反射率を基準とした相対反射率である。最終欄に見掛け密度を示す。比較例サンプルのバルクアルミナ部材の見掛け密度が３．６８ｇ／ｃｍ３であるのに対し、本例サンプルのポラスアルミナ部材の見掛け密度は２．８２ｇ／ｃｍ３と明らかに低い。見掛け密度が低いことは、ＳＥＭ像で観察された多くのポアが部材中に含まれていることによると考えられる。
【００４５】
ポアが約半分になっても、十分高い反射率が期待できるであろう。この観点から見掛け密度は３．３ｇ／ｃｍ３以下であることが望ましい。１次粒子径を揃え、接触面積を抑えることなどにより、ポアの体積が約３０％増加しても、高反射率を有し、自己保持性能を維持したポラスアルミナが得られるであろう。この観点から見掛け密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以上であることが望ましい。これらをまとめると、ポラスアルミナの見掛け密度は、２．５〜３．３ｇ／ｃｍ３の範囲が望ましい。アルミナのほぼ理想的な密度を３．９９ｇ／ｃｍ３とすると、望ましい充填密度は６３％〜８３％となる。ポアは多い方が光反射率を得やすいであろうから、見掛け密度２．５〜３．０ｇ／ｃｍ3、充填密度６３〜７５％のポラスアルミナがより好ましいであろう。
【００４６】
一次粒子径が０．３μｍのアルミナ粉を用いて、ポラスアルミナを作成したが、一次粒子径は０．３μｍに限らない。易焼結性アルミナ一次粒子として、粒子径が約０．１μｍから約２．４μｍのものが多く市販されているが、一次粒子径を光の波長と較べて余り大きくすることは、散乱効果を減少させる原因となり得るであろう。一次粒子径は０．１μｍ〜１．０μｍが好ましいであろう。
【００４７】
アルミナを用いて、ポラス反射部材を作成したが、酸化シリコン（ＳｉＯ２），ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２），ハフニア（ＨｆＯ２），酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いてポラスセラミックスの反射部材を作成することも期待できる。これらの材料を用い、充填率６３％〜８３％のポラスセラミックスを作成することにより好適な反射部材が提供可能であろう。
【００４８】
ポラスアルミナ部材により高反射率が得られることが判明したが、ＬＥＤの収納容器として他の特性、即ち封止用樹脂に対する密着性、化学的安定性、が満足できるものであるかをさらに調べた。
【００４９】
部材と樹脂の密着性測定は下記の通り行った。
【００５０】
図４Ａ、４Ｂに示すように、各部材上にディスペンサーを用いてシリコーン封止樹脂をスポットＳＰとして滴下した。図４Ａに示すように、円板状サンプルは、外径３５ｍｍ、高さ３ｍｍのサンプルを用い、上面に１００箇所樹脂スポットを形成したサンプルを２個作成した。正方形板状銀メッキサンプルは、５０ｍｍ×５０ｍｍ、高さ１ｍｍのサンプルに２００箇所樹脂スポットを形成した。スポットを形成した部材を１５０℃で１時間キュアした。このようにシリコーン樹脂を複数スポット形成したサンプルに対し、−４０〜８５℃で１０００回ヒートショックを与えた。
【００５１】
図４Ｃは、樹脂スポットを拡大して示す。スポットの周縁に沿って４つの領域、中央部に１つの領域を画定し、それぞれを測定対象とした。各スポットを顕微鏡にて観察することで、樹脂と基板界面の剥離状況を観察し、剥離領域をカウントした。
【００５２】
基板の変色試験は以下の通り実施した。本例サンプル、比較例サンプルの各部材を８５℃、８５％の環境下で１０００時間放置し、その後、部材上の各測定点における変色の有無を調査した。
【００５３】
図４Ｄは、測定結果をまとめて示す表である。
【００５４】
比較例銀メッキサンプルの剥離は１１／１０００と無視できない発生率である。比較例バルクアルミナサンプルの剥離は、２／１０００と著しく低減している。本例ポラスアルミナサンプルは剥離が１／１０００とさらに低減している。表面に露出したオープンポアも多く、密着性を高めていると考えられる。シリコーン樹脂との密着性が良く、長期にわたり界面剥離による輝度劣化や不良が生じにくいであろう。
【００５５】
変色個所は、比較例銀メッキサンプルで８５／１００と極めて多く、本例と比較例のアルミナサンプルにおいては０／１００と認められなかった。硫化や酸化による部材の着色が生じにくいため、素子の明るさや効率、およびその意匠性を長期にわたり安定に維持できるであろう。
【００５６】
本例のポラスアルミナサンプルは、広い波長範囲で反射率が高いのみでなく、封止樹脂との密着性、化学的安定性（耐環境性）にも優れていることが判明した。反射率は、３００〜８００ｎｍの波長領域で安定的に９５％以上維持できるであろう。このような、高反射率のポラスアルミナを用いて、ＬＥＤの反射部材または収納容器を作製することにより、外部光取り出し効率の高い発光装置を提供できる。
【００５７】
アルミナ原料として、高純度アルミナで、さらにフラックスまたは焼結助剤成分の含有量が低い高純度原料を用いた。アルミナ以外の含有物量は、０．０１重量％以下であった。
【００５８】
原料に含まれる不純物が０．０１％以下であるので、焼成などの後工程処理を理想的に行うことにより成形体中の不純物を０．０１％以下に制御することが可能と思われる。
【００５９】
焼成を１２５０℃、3時間で行なったが、従来の焼成温度１６００℃より低い、８００〜１５００℃で焼成することにより、高反射率のポラスアルミナ部材を得ることが可能であろう。焼成温度を上げると焼結が進行しアルミナの見掛け密度が向上する傾向がある。密度が増すと、光透過性が現れてくる。成形強度を最低限維持した温度、密度条件を設定することが好ましい。焼結が適度な条件で行われた場合、空孔や粒界の多い状態を維持したまま焼成体として得ることが可能となろう。焼成体に光が照射された場合、空孔や粒界部分が多くなっていることで光散乱効果が高まり、反射率が向上するものと思われる。
【００６０】
成形方法として金型プレス成形を用いたが、金型射出成形等他の成形方法を用いてもよいであろう。切削加工法を組み合わせることも可能であろう。
【００６１】
焼成前のアルミナ材料中には、焼成によって消滅する材料で、成形補助するためのバインダーを適量含有させてもよいであろう。  バインダーとしてはポリスチレン、パラフィン、ステアリン酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールなどが使用可能であろう。
【００６２】
反射部材は、例えば発光ダイオードチップ周囲に実装される反射リングや、チップが接合される基板、また反射リングと基板が一体化された筐体などとして作製できる。成形部分の形状および寸法は、発光装置の機能に合わせた任意の形状を採用できる。また、反射部材は、発光装置の部材そのものでなく、部材の一部であってもよい。反射部材が複数組み込まれていてもよい。ポラスアルミナ反射部材の厚みは通常０．２ｍｍ以上が好ましい。厚みは反射率に寄与し、０．２ｍｍ未満では反射率が低下する。空間の有効利用の観点からは５ｍｍ以下の厚さが好ましいであろう。５ｍｍ以上であってもサイズ的に不都合がなければ反射性能は変わらない。
【００６３】
組み合わせる発光ダイオードチップは、紫外から赤外領域まで任意の発光波長のチップを用いることができる。反射部材が紫外領域から近赤外領域まで広い波長範囲で高い反射率を有しているため、これら全ての波長の発光ダイオードチップに対して外部光取り出し効率向上の効果を発揮することができる。発光ダイオードチップは複数搭載されていてもよく、また任意の種類の組み合わせで搭載されていてもよい。発光装置に組み込まれる蛍光発光材料（蛍光体）も、紫外から赤外領域までの波長範囲内で任意の発光波長の蛍光体を用いることができる。蛍光体の種類は１つでも複数であってもよい。任意の種類の組み合わせであっても良い。
【００６４】
以下、具体的な発光装置の実施例を説明する。
【００６５】
図５は、反射リングと、青色発光ＬＥＤと黄色蛍光体を分散した封止樹脂を用いた発光装置の断面構造を概略的に示す。
【００６６】
平均一次粒径０．３μｍの易焼結性高純度アルミナ原粉を粉末プレス用金型に仕込み、１０００ｋｇ／ｃｍ2で加圧することにより、外径５ｍｍ、高さ１ｍｍ、中心に上面の開口径３ｍｍφ、下面の開口径２．５ｍｍの貫通孔を備えた反射リング成形体を作製した。この成形体を大気雰囲気中、１２５０℃で3時間焼成し、ポラスアルミナの反射リング３を作製した。
【００６７】
電極パターンを形成した６ｍｍ□のセラミック基板１に、ＡｕＳｎペースト２を用いて青色発光ＬＥＤチップ４を共晶接合した。ＬＥＤチップ４の上部電極と、基板に形成した電極部２とをＡｕ線６でワイヤボンディングした。ＬＥＤチップ４が接合され、ワイヤボンディングが行なわれた基板１上に反射リング３を実装した。反射リング３は、リングの中心にＬＥＤチップ４が位置するようにシリコーン系接着剤を用いて実装した。
【００６８】
最後に反射リング３とパターン電極付きセラミック基板１とで形成される凹形状のＬＥＤ収納部に、黄色蛍光体を分散した封止用シリコーン樹脂を注入・硬化させ、白色発光装置を作製した。
【００６９】
比較のため、比較例サンプルの反射部材を用いた白色発光装置も作製した。バルクアルミナサンプルは、反射リングをバルクアルミナで作成したものである。バルクアルミナの反射リング上にＷ層を介してＡｇメッキ層を形成したサンプルを銀メッキサンプルとする。
【００７０】
得られた発光装置に３５０ｍＡの定電流で通電を行い、積分球により集めた光を光検出器で受光し、素子の明るさを評価した。Ａｇメッキ反射リングを用いた場合の値を１００として相対評価した。
【００７１】
図４Ｄの表中最終欄に測定結果を示している。バルクアルミナ反射部材を用いた発光装置の明るさは１０２であり、Ａｇメッキの反射部材を用いた場合より高い。ポラスアルミナ反射部材を用いた発光装置の明るさは１１４と、抜きん出て高かった。このようにポラスアルミナ反射部材を用いた発光装置は、Ａｇを反射部材に用いた発光装置やバルクアルミナ反射部材を用いた発光装置より明るい発光特性を提供することができる。
【００７２】
上記実施例の変形例として、紫外発光ＬＥＤ４を用い、封止樹脂５に赤（Ｒ）、緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の蛍光体を分散した発光装置を作製してもよい。
【００７３】
図６Ａ−６Ｄは、他の実施例による発光装置を示す。図６Ａ，６Ｃは断面図、図６Ｂ，６Ｄは平面図である。
【００７４】
図６Ａ，６Ｂに示すように、平均一次粒径０．３μｍの易焼結性高純度アルミナ原粉を粉末プレス用金型に仕込み、１０００ｋｇ／ｃｍ2で加圧することにより、上方で開いた傾斜側面を有する凹形状の反射リング基板４１の成形体を作製する。得られた成形体を大気雰囲気中、１２５０℃で３時間焼成する。
【００７５】
図６Ｃ，６Ｄに示すように、得られた反射リング基板４１に導電性ペーストを印刷するなどの方法で電極パターン４２を形成する。つぎにＡｕＳｎペースト４３を用いて青色発光ダイオードチップ４４の裏面電極を、反射リング基板上の一方の電極４２ａ上に共晶接合する。発光ダイオードチップ４４の表面側電極と反射リング基板上のもう一方の電極４２ｂとをＡｕ線４５でワイヤボンディングし接続する。反射リング基板の凹部に、黄色蛍光体を分散した封止用シリコーン樹脂４６を注入・硬化させる。このようにして、白色に発光する発光装置を作製する。
【００７６】
発光装置の構成は上記実施例に限らない。例えば、電極形状は種々変更可能である。
【００７７】
図６Ｅは、平坦面上にのみ電極を形成した構成を示す。凹部底面上に電極４７を形成し、凹部外の上面上に２つの電極４８ａ、４８ｂを形成する。電極４７上にＡｕＳｎペースト４３を用いて青色発光ダイオードチップ４４の裏面電極を共晶接続する。上面上の電極４８ａと発光ダイオードチップ４４の表面側電極とをＡｕ線４５ａでワイヤボンディングする。上面上の電極４８ｂと発光ダイオードチップ４４を接続した底面電極４７とをＡｕ線４５ｂでワイヤボンディングする。
【００７８】
アルミナ焼結体に電極を埋め込むこともできる。
【００７９】
図６Ｆに示すように、酸化性雰囲気中で焼成を行う場合は、酸化しにくく、酸化しても導電性であるＰｔ等の金属電極４９ａ、４９ｂをアルミナ成形体に埋め込んで焼成する。ＬＥＤチップ４４は上面に２電極を有し、電極４９ａ、４９ｂ上にフリップチップボンディングされる。
【００８０】
ＬＥＤの発光波長は自由に選択できる。特に紫外線領域にける反射率がＡｇを大幅に上回るため、紫外発光成分を含む発光装置において高い効果が得られるであろう。
【００８１】
図７Ａ、７Ｂに示すようにポラスアルミナで形成した板状高反射率アルミナ基板を用いた発光装置を作製してもよい。図７Ａが断面図、図７Ｂが平面図を示す。ポラスアルミナ基板５１には裏面上に延在し、ＬＥＤ実装部で基板５１を貫通して表面側に露出する電極５２と表面側電極５３が形成されている。電極５２上にＬＥＤチップ４４を接続し、ＬＥＤ４４の表面側電極を他の電極５３にＡｕワイヤ４５でボンディングする。ＬＥＤチップ４４を覆って樹脂５５をコートする。
【００８２】
図８は、保護ダイオードを備えた形態を示す。図６Ａ，６Ｂに示すように、傾斜側面を有する高反射率アルミナ焼結体を形成し、図６Ｃ，６Ｄに示すように２電極４２ａ、４２ｂを形成する。ここで一方の電極４２ａを広めに作成する。ＬＥＤチップ４４及び保護ダイオードチップ５８の各裏面を電極４２ａ上に実装する。ＬＥＤチップ４４及び保護ダイオードチップ５８の各表面側電極をＡｕワイヤ４５ａ、４５ｃで電極４２ｂにボンディングする。このようにして、保護ダイオードを凹部収納部に備えた発光装置を作製できる。ＬＥＤチップ４４に過電流が流れるのを防止できる。
【００８３】
以上、実験結果と実施例にそって本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば種々の変更、改良、置換、組合せが可能なことは、当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１Ａ、１Ｂは，作製したアルミナサンプルと銀メッキサンプルの構成を概略的に示す斜視図である。図１Ｃ，１Ｄは、標準反射試料セル及び作成した標準反射試料を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、本例のアルミナサンプルのＳＥＭ像とその拡大像、比較例のアルミナサンプルのＳＥＭ像である。
【図３】図３Ａは、各サンプルの反射率スペクトルを示すグラフである。図３Ｂは、反射率と共にアルミナサンプルの見掛け密度を示す表である。
【図４】図４Ａ，４Ｂは，剥離試験のスポット形成を示すサンプルの斜視図、４Ｃは、スポットの拡大平面図、図４Ｄは、剥離試験、変色試験、発光装置の明るさの結果を示す表である。
【図５】図５は、実施例による発光装置の概略断面図である。
【図６】図６Ａ−６Ｄは、他の実施例による発光装置の製造方法を示す概略断面図及び概略平面図である。図６Ｅ，６Ｆは、変形例を示す概略断面図である。
【図７】図７Ａ，７Ｂは、他の実施例による発光装置を示す概略断面図及び平面図である。
【図８】図８は、他の変形例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１    基板
２    電極
３    （ポラスアルミナ）反射リング
４    ＬＥＤチップ
５    封止用樹脂
６    金ワイヤ
１１    アルミナサンプル
２１    銀メッキサンプル
２２    アルミナ基板
２３    下地電極
２４    銀層
３０    標準反射試料
３１    標準反射試料セル
３２    凹部
３３    標準試料
４１    （ポラスアルミナ）反射リング基板
４２    電極
４３    ＡｕＳｎペースト
４４    ＬＥＤチップ
４５    Ａｕワイヤ
４６    樹脂封止体
４７    電極
４８    電極
４９    電極
５１    ポラスアルミナ基板
【図１】
2007305844.tif 000003
【図３】
2007305844.tif 000004
【図４】
2007305844.tif 000005
【図５】
2007305844.tif 000006
【図６】
2007305844.tif 000007
【図７】
2007305844.tif 000008
【図８】
2007305844.tif 000009
【図２】
2007305844.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月6日(2007.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
見掛け密度が２．５〜３．３ｇ／ｃｍ3であるポラスアルミナで形成された反射面を有する反射部材と、
前記反射面上ないし近傍に配置されたＬＥＤと、
を有する発光装置。
【請求項２】
前記ポラスアルミナが、平均径０．１〜１．０μｍの粒子の集合である請求項1記載の
発光装置。
【請求項３】
前記ポラスアルミナが、９９．９９ｗｔ％以上のアルミナ純度を有する請求項1または２記載
の発光装置。
【請求項４】
前記反射面が、波長３００〜８００ｎｍの範囲で、ＢａＳＯ4を基準とした相対反射率９５％以上を有する請求項１〜３のいずれか１項記載の発光装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤを埋め込み、前記反射面に密着する樹脂封止材をさらに有する請求項1〜４
のいずれか1項記載の発光装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤが青色光または紫外光を発光するＬＥＤであり、前記樹脂封止材が蛍光体を分散保持する請求項１〜５のいずれか1項記載の発光装置。
【請求項７】
見掛け密度が２．５〜３．３ｇ／ｃｍ3であるポラスアルミナで形成された反射面を有する反射部材。
【請求項８】
前記ポラスアルミナが、平均径０．１〜１．０μｍの粒子の集合である請求項７記載の反射部材。
【請求項９】
前記ポラスアルミナが、９９ｗｔ％以上のアルミナ純度を有する請求項７または８記載の反射部材。
【請求項１０】
前記反射面が、波長３００〜８００ｎｍの範囲で、ＢａＳＯ4を基準とした相対反射率９５％以上を有する請求項７〜９のいずれか１項記載の反射部材。
【請求項１１】
（ａ）平均一次粒子径が０．１〜１．０μｍの易焼結性アルミナ一次粒子をプレス加工し、アルミナ成形体を形成する工程と、
（ｂ）前記アルミナ成形体を焼成し、ポラスアルミナ反射部材とする工程と、
（ｃ）前記ポラスアルミナ反射部材上または近傍にＬＥＤを配置する工程と、
を含む発光装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ａ）において、易焼結性アルミナ一次粒子が純度９９．９９ｗｔ％以上である請求項１１記載の発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｂ）が、８００〜１５００℃で前記アルミナ成形体を焼成する請求項１１また
は１２記載の発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ポラスアルミナ反射部材が、見掛け密度２．５〜３．３ｇ／ｃｍ3を有する請求項１１〜１３のいずれか１項記載の発光装置の製造方法。
【請求項１５】
酸化シリコン（ＳｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、チタニア（ＴｉＯ2），ハフニア（ＨｆＯ2），酸化亜鉛（ＺｎＯ）のいずれかで形成され，充填率６３％〜８３％を有するポラスセラミックスで形成された反射面を有する反射部材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、発光装置とその製造方法に関し、特に反射部材を備えた発光装置とその製造方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
大明化学工業（株）から市販されている易焼結性アルミナは９９．９９％以上の高純度で、１次粒子が単粒子径化されており、ＳＥＭで測定した１次粒子径は０．１μｍ、０．２μｍである。易焼結性アルミナを１３００℃以下の温度で焼成し、高緻密化し、高強度、高硬度、耐摩耗性、耐蝕性に優れたセラミックスを作成できることを特徴としている。１６００℃以下の温度で焼成し、透光性に優れた焼結体が得られる種類もある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図２Ａ，２Ｃは、本例サンプルのアルミナ部材と比較例サンプルのアルミナ部材の円形表面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したＳＥＭ像を示す。図２Ｂは、図２Ａの一部拡大像である。図２Ａ、２Ｂに示す本例サンプルのアルミナ部材は、平均粒子径０．３μｍの一次粒子がその形を残しており、接触部で結合され、結合部以外では粒子間は離れて、多数のポアを形成している。これをポラスアルミナと呼ぶ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
基板の変色試験は以下の通り実施した。本例サンプル、比較例サンプルの各部材を温度８５℃、相対湿度８５％の環境下で１０００時間放置し、その後、部材上の各測定点における変色の有無を調査した。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
原料に含まれる不純物が０．０１重量％以下であるので、焼成などの後工程処理を理想的に行うことにより成形体中の不純物を０．０１重量％以下に制御することが可能と思われる。ポラスアルミナが、９９．９９重量％以上のアルミナ純度を有することが望ましいであろう。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
最後に反射リング３とパターン電極付きセラミック基板１とで形成される凹形状のＬＥＤ収納部に、黄色蛍光体を分散した封止用シリコーン樹脂５を注入・硬化させ、白色発光装置を作製した。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
図６Ｃ，６Ｄに示すように、得られた反射リング基板４１に導電性ペーストを印刷するなどの方法で電極パターン４２ａ、４２ｂを形成する。つぎにＡｕＳｎペースト４３を用いて青色発光ダイオードチップ４４の裏面電極を、反射リング基板上の一方の電極４２ａ上に共晶接合する。発光ダイオードチップ４４の表面側電極と反射リング基板上のもう一方の電極４２ｂとをＡｕ線４５でワイヤボンディングし接続する。反射リング基板の凹部に、黄色蛍光体を分散した封止用シリコーン樹脂４６を注入・硬化させる。このようにして、白色に発光する発光装置を作製する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
図６Ｅは、平坦面上にのみ電極を形成した構成を示す。凹部底面上に電極４７を形成し、凹部外の上面上に２つの電極４８ａ、４８ｂを形成する。電極４７上にＡｕＳｎペースト４３を用いて青色発光ダイオードチップ４４の裏面電極を共晶接続する。上面上の電極４８ａと発光ダイオードチップ４４の表面側電極４８aとをＡｕ線４５ａでワイヤボンディングする。上面上の電極４８ｂと発光ダイオードチップ４４を接続した底面電極４７とをＡｕ線４５ｂでワイヤボンディングする。