JP2012049512A - 発光素子搭載用基板とその製造方法および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射率が高くかつ腐食による反射率の低下の少ない銀反射層を備え、光の取出し効率が向上された発光装置用基板を提供する。
【解決手段】基板本体２と、基板本体２に形成された銀または銀合金を主体とする銀反射層６と、銀反射層６の全面を覆うように形成されたガラスを含む保護層を有する発光素子搭載用基板１であって、保護層７がアルミナ系フィラーを含有しており、かつ保護層７を構成するガラス中に銀が拡散された状態で含有されている発光素子搭載用基板１である。保護層７のガラス中に含まれる銀イオン濃度は０．５質量％以上５．０質量％以下であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子搭載用基板とその製造方法および発光装置に係り、特に、光の取出し効率の低下が防止された発光素子搭載用基板と発光素子搭載用基板の製造方法、およびこの発光素子搭載用基板を用いた発光装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような発光素子の高輝度化、白色化に伴い、照明、各種ディスプレイ、大型液晶ＴＶのバックライト等として、発光素子を用いた発光装置が使用されている。一般に発光素子を搭載する発光素子搭載用基板には、素子から発せられる光を効率よく反射する高反射性が求められる。

そのため、発光素子から発光する光を可能な限り前方に反射させることを目的として、基板表面に反射層（光反射層）を施す試みがなされている。そして、反射層として、高い反射率を有する銀を主体とする反射層（以下、銀反射層と記す。）が用いられている。

しかし、銀は腐食されやすいため、露出状態で放置すると、銀反射層の表面で酸化や硫化が発生して反射率（光反射率）が低下しやすい。そこで、銀反射層の表面を、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等で被覆して、反射率の低下を防止することが提案されている。しかし、この方法では、水分や腐食性の気体が、樹脂中を通過したりあるいは樹脂と銀反射層との界面から侵入したりするおそれがあり、銀反射層の腐食（酸化または硫化）による反射率の低下を十分に防止することができなかった。

そこで近年、銀反射層の腐食を防止するため、銀反射層の表面をガラスからなる保護層で被覆する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ガラスの保護層は、樹脂の保護層と比較して封止性に優れるうえ、光の透過率が高く銀反射層に到達する光量が増加するため、高反射率を得ることができる。また、ガラスは熱伝導性に優れるため、銀反射層の保護層としてガラス層を設けた場合、樹脂層を設けた場合よりも高い放熱性を得ることができる。

しかしながら、保護層をガラス層とした場合、一般にガラスは未焼成状態での流動性が高く、焼成時にうねり等による変形が生じやすいため、ガラス層表面の平坦度が低下する。そのため、ガラス層の上に発光素子を搭載した場合、発光素子とガラス層との接触面積が小さくなり、熱抵抗が増加する。また、搭載部に凹凸があると、発光素子が傾いて固定されるおそれがあり、その後のワイヤボンディングにより損傷し、また光軸ずれが発生するおそれもある。

このような問題解決のために、近年、銀反射層の保護層として、セラミックスフィラーを含有させたガラス層を設けることが検討されている。保護層をガラス粉末とセラミックスフィラーとの混合物の焼結体とすることで、未焼成状態での流動性が低くなり、平坦度が高められる。また、ガラス層にセラミックスフィラーを含有させた場合、発光素子からガラス層に入射した光の反射方向を分散させることができ、配光特性のばらつきも低減することができる。

しかしながら、図５（ａ）に示すように、銀反射層５１の上に、例えばＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするアルミナ系フィラー５２を含むガラス層５３を設けた場合、焼成過程で、銀反射層５１からガラス層５３に銀イオンが移行（マイグレーション）する。そして、移行した銀イオンが、図５（ｂ）に示すように、アルミナ系フィラー５２の表面およびその周辺に局在化して、高濃度の銀イオン層５４を形成する。また、アルミナ系フィラー５２の表面等に局在する銀イオン層５４の一部が、ガラス層５３の表面から露出する現象が生じる。そして、図５（ｃ）に示すように、このようなガラス層５３の上に発光素子を搭載し、シリコーン樹脂等の封止層５５により封止した場合、ガラス層５３表面に露出した銀イオン層５４に含まれる高濃度の銀イオン（Ａｇ^＋）が、封止層５５に含有される白金触媒等と接触することにより還元されてＡｇ^０となり、図５（ｄ）に示すように、凝集してコロイド粒子化する。そして、このように凝集した銀粒子（コロイド粒子）５６が、ガラス層５３とシリコーン樹脂等の封止層５５との界面で発色する、いわゆる銀発色と呼ばれる現象が発生する。その結果、反射率が低下して発光装置としての光度（輝度）が低下するおそれがあった。

特開２０１０−３４４８７号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、反射率が高くかつ腐食による反射率の低下の少ない銀反射層を備え、光の取出し効率が向上された発光装置用基板と、その基板を用いた発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子搭載用基板は、発光素子が搭載される搭載面を有する基板本体と、前記基板本体の前記搭載面に形成された銀または銀合金を主体とする反射層と、前記反射層の全面を覆うように形成されたガラスを含む保護層を有する発光素子搭載用基板であって、前記保護層は、アルミナ系フィラーを含有しており、かつ銀イオンが拡散された状態で含まれたガラスを含有することを特徴とする。

本発明の発光素子搭載用基板において、前記ガラス中に含まれる銀の濃度は、Ａｇ_２Ｏの濃度に換算して０．５質量％以上５．０質量％以下であることが好ましい。そして、前記保護層に含まれるアルミナ系フィラーの含有量は、５質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。また、前記保護層に含まれるアルミナ系フィラーの含有量は、３体積％以上６０体積％以下であることが好ましい。

さらに、本発明の発光素子搭載用基板において、前記保護層は、少なくともＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣａＯを構成成分とするガラスを含有することが好ましい。そして、前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２を４０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３を５〜２５％、ＣａＯを５〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏからなる群から選ばれる少なくとも１種を０〜８％含有するガラス粉末を焼成してなるものであることが好ましい。

本発明の発光素子搭載用基板の製造方法は、前記本発明の発光素子搭載用基板を製造する方法であって、前記基板本体を形成するための第１のグリーンシートを作製する工程と、前記第１のグリーンシートの前記搭載面となる面に、前記反射層を形成するための反射層用ペースト層を形成する工程と、前記反射層用ペースト層の全面を覆うように、前記保護層を形成するための前駆体の層を形成する工程と、前記工程で得られた未焼結発光素子搭載用基板を焼成する工程を有することを特徴とする。

本発明の発光素子搭載用基板の製造方法において、前記前駆体の層を形成する工程は、前記ガラス粉末と前記アルミナ系フィラーとを含むガラスセラミックスペーストを印刷する工程を有することができる。また、前記前駆体の層を形成する工程は、前記ガラス粉末と前記アルミナ系フィラーとを含むガラスセラミックス組成物により作製された第２のグリーンシートを積層する工程を有することができる。

本発明の発光装置は、前記本発明の発光素子搭載用基板と、この発光素子搭載用基板の搭載部に搭載される発光素子とを有することを特徴とする。また、本発明の発光装置は、前記保護層の表面の一部または全部が白金触媒を含むシリコーン樹脂により封止されてなることが好ましい。

本発明の発光素子搭載用基板によれば、銀イオンがガラス中に拡散されて含有された保護層を、銀反射層の全面を覆うように設けることで、保護層表面での銀イオンの凝集およびコロイド粒子化を防止して、銀発色を防止することができ、反射率の低下を防ぐことができる。また、保護層中にアルミナ系フィラーが含有されているので、熱抵抗が小さくかつ発光素子搭載部の平坦性が向上された発光素子搭載用基板とすることができる。さらに、基板上の銀反射層とこの銀反射層上に設けられる保護層を、同時に焼成して形成することができるので、工程の負荷を抑えることができる。

本発明の発光装置では、上記した発光素子搭載用基板を用いることにより、反射層の反射率が低下しにくいので、長期間高い発光輝度を維持することができる。また、発光素子の傾きや損傷が抑制されるので、配向特性のばらつきのない良好な発光を得ることができる。

本発明の発光素子搭載用基板の一例を示す断面図である。 本発明の発光素子搭載用基板において、保護層およびその周辺を拡大して示す断面図である。 本発明の発光装置の一例を示す断面図である。 本発明の実施例および比較例の発光装置において、輝度の経時的変化を示すグラフである。 従来からの発光素子搭載用基板において、保護層への銀イオンの移行および凝集の状態を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の発光素子搭載用基板の一例を示す断面図である。発光素子搭載用基板１は、略平板状の基板本体２を有している。基板本体２は、一方の主面が、ＬＥＤ素子のような発光素子の搭載される搭載面２ａとなっている。搭載面２ａには、発光素子と電気的に接続される接続端子３が設けられている。また、基板本体２の他方の主面は、発光素子の搭載されない非搭載面２ｂとされており、この非搭載面２ｂには、外部回路と電気的に接続される外部電極端子４が設けられている。そして、基板本体２の内部には、接続端子３と外部電極端子４とを電気的に接続する貫通導体５が設けられている。

基板本体２の搭載面２ａの略中央部には、発光素子から放射される光を反射させるための銀反射層（中央部反射層）６が設けられており、この銀反射層６の上に、その全表面（上面および側面）を覆うように保護層７が設けられている。そして、保護層７の一部が、発光素子が搭載される搭載部１０となっている。この保護層７は、ガラスおよびアルミナ系フィラーを含有する材料により構成されており、かつ保護層７を構成するガラス中には銀イオンが拡散された状態で含有されている。

基板本体２の搭載面２ａの周辺部にも、発光素子からの光を反射させるための銀反射層（周辺部反射層）６が設けられており、この銀反射層６の上にもその全表面を覆うように保護層７が設けられている。この周辺部反射層６上に設けられた保護層７も、前記中央部反射層６上に設けられた保護層７と同様に、ガラスおよびアルミナ系フィラーを含有する材料により構成され、かつガラス中には銀イオンが拡散された状態で含有されていることが好ましい。

このような保護層７を銀反射層６の全面を覆うように設けることで、銀反射層６への気体または液体の侵入を抑制して銀反射層６の酸化や硫化を防止することができるうえに、保護層７表面での銀イオンの凝集およびコロイド粒子化を防止して、銀発色を防止することができ、反射率の低下を防ぐことができる。

銀反射層６は、例えば、銀、銀パラジウム合金または銀白金合金等の銀合金からなる層である。銀合金を用いる場合には、反射率の観点から、銀の含有量を９０質量％以上とすることが好ましい。具体的に、銀パラジウム合金の場合、パラジウムは１０質量％まで含有でき、銀白金合金の場合、白金は３質量％まで含有できる。銀反射層６は高反射率を有することが好ましく、特に銀層とすることが好ましい。銀反射層６は、銀または前記銀合金の粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを、スクリーン印刷等の方法により基板本体２の搭載面２ａに印刷し、焼成することにより形成することができる。

保護層７は、下層の銀反射層６を酸化や硫化等の腐食から保護するための層であり、ガラスおよびアルミナ系フィラーを含有する焼結体（以下、ガラスセラミックス焼結体という。）により構成されている。なお、本明細書において「アルミナ系フィラー」とは、化学成分としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を５０質量％以上含有するセラミックスフィラーをいう。アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）以外の成分としては、シリカ（ＳｉＯ_２）やジルコニア（ＺｒＯ_２）、セリア（ＣｅＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を挙げることができる。そして、本発明の発光素子搭載用基板１においては、保護層７を構成するガラス中に、銀イオン（Ａｇ^＋）が局在化することなく拡散された状態で含有されている。ガラス中に含有される銀イオン濃度（含有割合）は、Ａｇ_２Ｏの濃度に換算して、０．５〜５．０質量％であることが好ましい。なお、以下の記載では、Ａｇ_２Ｏの濃度に換算した濃度として銀イオン濃度を示すものとする。より好ましい銀イオン濃度は１．０〜５．０質量％であり、特に好ましい銀イオン濃度は２．０〜５．０質量％である。

このような保護層７は、焼成により前記ガラスセラミックス焼結体を形成するガラスペーストまたはグリーンシートを前駆体として形成される。保護層７の前駆体の形成方法等については後述する。

保護層７の前駆体にガラスペーストを用いる場合、焼成後の保護層７の厚さは５〜３０μｍであることが好ましい。５μｍ未満であると、被覆性が不十分になるおそれがあるため５μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは１０μｍ以上である。３０μｍを超えると、発光素子の放熱性を阻害し、発光効率が低下してしまうおそれがある。好ましくは２５μｍ以下である。

ただし、保護層７自体の熱伝導率が高い場合、放熱性は阻害されない。熱伝導率を向上させる手段としては、ガラスより熱伝導率の高いセラミックスフィラーを、保護層中に多く含有させるとよい。そこで、ガラスとセラミックスフィラーを高分散化が可能なグリーンシートを前駆体として用いることで、前駆体にガラスペーストを使用した場合より多くのセラミックスフィラーを保護層７に含有させることが可能である。

保護層７の前駆体にグリーンシートを用いる場合、焼成後の保護層７の厚さは１０〜３００μｍであることが好ましい。１０μｍ未満では、保護層の積層時にグリーンシートにヒビ割れ等が発生し、被覆性が不十分になるおそれがある。より好ましくは５０μｍ以上であり、さらに好ましくは８０μｍ以上である。３００μｍを超えると、発光素子の放熱性を阻害し、発光効率が低下してしまうおそれがある。好ましくは２００μｍ以下であり、より好ましくは１５０μｍ以下である。

保護層７に含有されるアルミナ系フィラーの５０％粒径（Ｄ_５０）は、０．５μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書において、Ｄ_５０は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用いて測定したものをいう。

アルミナ系フィラーの含有量は、質量％表示で、保護層７を構成する材料全体の５質量％以上７０質量％以下とすることが好ましい。アルミナ系フィラーの含有量が５質量％未満の場合には、保護層７の前駆体を加熱する際の未焼成状態での流動性が高すぎて、焼成時にうねり等が発生し、保護層７の表面の平坦性が低下するおそれがある。また、銀イオンが安定化せずに銀発色が生じるおそれがある。すなわち、銀イオンをイオンとして安定化させるにはカウンターアニオンが必要であり、アルミナ系フィラーからガラス中へ溶出した４配位アルミニウムイオンが前記カウンターアニオンの役割を果たす。そのため、アルミナ系フィラーの含有量が５質量％未満の場合には、銀イオンがガラス中で十分に安定化せずに、銀発色が生じるおそれがある。アルミナ系フィラーの含有量は、好ましくは１０質量％以上であり、より好ましくは１５質量％以上である。

一方、アルミナ系フィラーの含有量が７０質量％を超えると、均一な組成の焼結体を得ることが難しくなる。好ましくは、６５質量％以下であり、より好ましくは６０質量％以下である。なお、保護層７は、アルミナ粉末のようなアルミナ系フィラーとともに、シリカ粉末やチタニア粉末、ジルコニア粉末のようなアルミナ系フィラー以外のセラミックスフィラーを含有していてもよい。その場合、アルミナ系フィラー以外のセラミックスフィラーの含有量は、保護層７を構成する材料全体の２５質量％以下とすることが好ましい。ただし、アルミナ系フィラーとそれ以外のセラミックスフィラーの含有量の合計は、保護層７を構成する材料全体の７０質量％以下とする。

また、アルミナ系フィラーの含有量は、体積％表示で、保護層７を構成する材料全体の３体積％以上６０体積％以下とすることが好ましい。アルミナ系フィラーの含有量が３体積％未満の場合には、保護層７の未焼成状態での流動性が高すぎて、焼成時にうねり等が発生し、保護層７の表面の平坦性が低下するおそれがある。好ましくは７体積％以上であり、より好ましくは１２体積％以上である。一方、アルミナ系フィラーの含有量が６０体積％を超えると、均一な組成の焼結体を得ることが難しくなる。好ましくは、５５体積％以下であり、より好ましくは５０体積％以下である。上記したアルミナ系フィラー以外のセラミックスフィラーを含有する場合には、１５体積％以下とすることが好ましい。アルミナ系フィラーとそれ以外のセラミックスフィラーの含有量の合計は、保護層７を構成する材料全体の６０体積％以下とする。

保護層７を構成するガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２を４０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３を５〜２５％、ＣａＯを５〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏからなる群から選ばれる少なくとも１種を０〜８％含有するガラス粉末を焼成してなる焼結体であることが好ましい。

本発明者は、銀発色が生じる原因を検討した結果、保護層７を構成するガラスの焼成時に銀反射層６からガラス中に移行した銀イオンが、アルミナ系フィラーの表面およびその周辺に局在する場合には、銀イオンが還元されやすく、凝集してコロイド粒子化しやすくなるため、銀発色が生じやすいことを突き止めた。そして、銀イオンをアルミナ系フィラーの周辺に局在化させることなく拡散された状態で含有することができ、銀発色を生じさせないガラス組成を見出した。保護層７を構成するガラスを、前記組成のガラス粉末を焼成してなる焼結体とすることで、焼成時に銀反射層６から移行した前記濃度（０．５〜５．０質量％）の銀イオンを、ガラス中に拡散した状態で含有することができる。

すなわち、保護層７を構成するガラスが、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２を４０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３を５〜２５％、ＣａＯを５〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏからなる群から選ばれる少なくとも１種を０〜８％含有するガラス粉末を焼成してなるものである場合、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、焼成過程で銀反射層６からガラス層２１に移行した銀イオンは、アルミナ系フィラー２２の表面およびその周辺に局在化することなく、ガラス層２２全体に均一に拡散して含有される。そのため、このように銀イオンが拡散・含有されたガラス層２３の上に発光素子（図示を省略する。）を搭載し、図２（ｃ）に示すように、シリコーン樹脂等の封止層２４により封止した場合も、銀イオンの凝集によるコロイド粒子化が生じることがなく、銀発色が防止される。

次に、保護層７を構成するガラスを得るための原料（ガラス粉末）の成分について説明する。なお、以下では、特に断らない限り組成はモル％表示のものとし、単に％と表記する。

ＳｉＯ_２はガラスのネットワークフォーマーであり、化学的耐久性、特に耐酸性を高くする成分であり必須成分である。ＳｉＯ_２の含有量（割合）が４０％未満では、耐酸性が不十分となるおそれがある。７０％を超えると、ガラス溶融温度が高くなる、あるいはガラス軟化点（Ｔｓ）が高くなりすぎるおそれがある。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの安定性、化学的耐久性を高める成分であり、保護層とシリコーン樹脂封止層との界面での発色を抑制する必須成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が１％未満の場合、保護層とシリコーン樹脂封止層との界面で発色抑制が不十分になる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が２０％を超える場合、軟化点が過度に高くなるおそれがある。好適なガラス組成におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有量は、１％以上２０％以下が好ましく、４％以上１５％以下がより好ましい。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスのネットワークフォーマーでありまた軟化点を下げる成分でもあることから、必須成分である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量（割合）が５％未満では、ガラス溶融温度が高くなりやすい、あるいはガラスが不安定になるおそれがある。２５％を超えると、安定なガラスを得ることが難しく、また化学的耐久性も低下するおそれがある。

ＣａＯは、ガラスの安定性を高めるとともに、軟化点を低下させる成分である。ＣａＯの含有量が５％未満の場合、ガラスの安定性を十分に高めることができず、また軟化点も十分に低下させることができないおそれがある。一方、ＣａＯの含有量が４０％を超えると、かえってガラスの安定性が低下するおそれがある。好適なガラス組成におけるＣａＯの含有量は、５％以上４０％以下が好ましく、７％以上３５％以下がより好ましい。

また、ＣａＯと略同様にガラスの安定性を高めるとともに、軟化点を低下させる成分として、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有してもよい。この場合、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの含有量は、ＣａＯの含有量と合わせて４０％以下とする。ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの合計した含有量が４０％を超えると、ガラスの安定性が低下するおそれがある。好適なガラス組成におけるＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯの合計した含有量は５％以上４０％以下が好ましい。また、好適なガラス組成におけるＭｇＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯ（ＣａＯを除く。）の合計した含有量は、１０％以下が好ましく、８％以下がより好ましい。

アルカリ金属酸化物であるＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、およびＫ_２Ｏは、必須成分ではないが、軟化点を低下させる成分であることから、含有させることが好ましい。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、およびＫ_２Ｏは、１種または２種が含有されていてもよい。これらの合計した含有量が６％を超えると、化学的耐久性、特に耐酸性が低下するおそれがある。また、保護層とシリコーン樹脂封止層との界面での発色を促進するおそれがある。好適なガラス組成におけるＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、およびＫ_２Ｏの合計した含有量は、０％以上８％以下が好ましく、２％以上７％以下がより好ましい。

なお、保護層７を構成するガラスの原料は、上記成分からなるものが好ましいが、本発明の目的を損なわない限度においてその他の成分を含有することができる。但し、その他の成分を含有する場合であっても、その合計した含有量は１０％以下であり、５％以下が好ましい。

上記したガラス組成の中でも、特にＳｉＯ_２を６０．４％、Ｂ_２Ｏ_３を１５．６％、Ｎａ_２Ｏおよび／またはＫ_２Ｏを合計で３．０％、ＣａＯを１５．０％、Ａｌ_２Ｏ_３を６．０％とするガラス組成を基本とするものが、所定量のアルミナ系フィラーを含有させた場合であっても有効に焼結させることができ、かつ銀イオンをアルミナ系フィラーの周辺に局在化させることなく拡散された状態で含有することができるので、保護層７用のガラス材料として好適している。

本発明の発光素子搭載用基板１において、基板本体２は略平板状の部材であるが、発光素子の搭載部が一段下の位置となるように、凹部（キャビティ）が形成された部材とすることもできる。基板本体２を構成する材料は特に限定されないが、前記した保護層７の形成工程で、ガラスを主体とする組成物のペーストを塗布・焼成しても変形しないものが好ましく、無機材料が好ましく用いられる。無機材料の中でも、アルミナ、低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ。以下、ＬＴＣＣと示す。）、窒化アルミニウム等は、熱伝導性、放熱性、強度、および製造コスト等の点で優れており、好ましく用いられる。特に、基板本体２としてＬＴＣＣを用いる場合には、基板本体２と、接続端子３や外部電極端子４等の外部配線、および貫通導体５のような内部配線を同時焼成により形成することができる。さらに、このようなＬＴＣＣ基板と前記した銀反射層６および保護層７を、同時焼成により形成することができるため、発光素子搭載用基板１を低コストで効率的に製造することができる。

ＬＴＣＣからなる基板本体２、および基板本体２を有する発光素子搭載用基板１は、例えば、以下に示すようにして製造することができる。

まず、基板本体用グリーンシートを形成する。基板本体用グリーンシートは、基板本体用ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加してスラリーを調整し、これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させることで得ることができる。

基板本体用ガラス粉末は、必ずしも限定されるものではないものの、ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃以上７００℃以下のものが好ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃未満の場合、後述する脱脂が困難となるおそれがある。一方、ガラス転移点（Ｔｇ）が７００℃を超える場合、収縮開始温度が高くなり、寸法精度が低下するおそれがある。

このような基板本体用ガラス粉末としては、例えば、ＳｉＯ_２を５７モル％以上６５モル％以下、Ｂ_２Ｏ_３を１３モル％以上１８モル％以下、ＣａＯを９モル％以上２３モル％以下、Ａｌ_２Ｏ_３を３モル％以上８モル％以下、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏからなる群から選ばれる少なくとも一方を合計で０．５モル％以上６モル％以下含有するものが好ましい。

基板本体用ガラス粉末は、上記したようなガラス組成を有するガラスを溶融法によって製造し、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって粉砕することにより得ることができる。湿式粉砕法の場合には、溶媒として水またはエチルアルコールを用いることが好ましい。粉砕は、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いて行うことができる。なお、基板本体用ガラス粉末は、必ずしも上記成分のみからなるものに限定されず、ガラス転移点等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有することもできる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０モル％以下であることが好ましい。

基板本体２用ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ_５０）は０．５〜２μｍであることが好ましい。基板本体２用ガラス粉末のＤ_５０が０．５μｍ未満の場合、ガラス粉末が凝集しやすく、取り扱いが困難であるばかりでなく、均一に分散させることが困難となる。一方、ガラス粉末のＤ_５０が２μｍを超える場合、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。粒径の調整は、例えば粉砕後に必要に応じて分級することにより行うことができる。

セラミックスフィラーとしては、従来からＬＴＣＣ基板の製造に用いられるものを用いることができ、例えば、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、またはアルミナ粉末とジルコニア粉末との混合物を好適に用いることができる。セラミックスフィラーのＤ_５０は、例えば０．５〜４μｍであることが好ましい。

このような基板本体用ガラス粉末とセラミックスフィラーとを、例えば、ガラス粉末が３０質量％以上５０質量％以下、セラミックスフィラーが５０質量％以上７０質量％以下となるように配合し、混合することによりガラスセラミックス組成物を得ることができる。

また、このガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加することによりスラリーを得ることができる。バインダーとしては、例えば、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に用いることができる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等を用いることができる。また、溶剤としては、トルエン、キシレン、ブタノール等の芳香族系またはアルコール系の有機溶剤を用いることができる。さらに、分散剤やレベリング剤を使用することも可能である。

このスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させることで、基板本体用グリーンシートを製造することができる。このようにして得られた基板本体用グリーンシートを、打ち抜き型あるいはパンチングマシーンを使用して所定の寸法角に切断し、同時に所定位置に層間接続用のビアホールを打ち抜き形成することができる。

基板本体用グリーンシートの表面に、導電金属のペーストをスクリーン印刷等の方法で印刷することにより、未焼成の導体パターンを形成する。また、前記した層間接続用のビアホール内に導体金属のペーストを充填することによって、未焼成の層間接続部を形成する。これにより、未焼成接続端子、未焼成外部電極端子、未焼成貫通導体を形成する。なお、導電金属の金属ペーストとしては、例えば、銅、銀、金等を主成分とする導電金属の粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加し、ペースト状としたものを用いることができる。

さらに、基板本体用グリーンシート表面の所定の部位に、銀または前記銀合金の粉末にエチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを、スクリーン印刷等の方法により印刷することにより、未焼成銀反射層を形成した後、さらにその上に、焼成により保護層７を形成する前駆体の層（未焼成保護層）を形成する。

ここで、保護層７の前駆体にガラスペーストを用いる場合は、前記した保護層用の組成を有するガラス粉末（以下、保護層用ガラス粉末という。）とアルミナ系フィラーを含む混合物のガラスペーストを、スクリーン印刷等により印刷してガラスペースト層を形成し、未焼成保護層とする。なお、ガラスペースト層の形成方法は、焼成後の厚さが５〜３０μｍとなる層を平坦に形成できる方法であれば、印刷法に限定されるものではない。

また、保護層７の前駆体にグリーンシートを用いる場合は、保護層用ガラス粉末とアルミナ系フィラーを含む混合物を使用し、前記基板本体用グリーンシートと同様に作製されたグリーンシート（保護層用グリーンシート）を、未焼成銀反射層の上に重ね、加熱および加圧して一体化することにより、未焼成保護層を形成する。

次いで、こうして未焼成の導体パターン、未焼成銀反射層、未焼成保護層等が形成された基板本体用グリーンシートの複数枚を、位置合わせしつつ重ね合わせて加熱および加圧して一体化した後、例えば５００℃以上６００℃以下の温度で１時間以上１０時間以下保持する。こうして、基板本体用グリーンシートに含まれる樹脂等のバインダーを分解・除去する脱脂を行う。その後、例えば、８５０〜９００℃の温度で２０分〜６０分保持することにより、基板本体用グリーンシートを構成するガラスセラミックス組成物を焼成する。この焼成により、ガラスセラミックス基板内部および表面に形成された金属ペーストと未焼成保護層（ガラスペースト層または保護層用グリーンシート）も同時に焼成され、接続端子３、外部電極端子４、貫通導体５、銀反射層６および保護層７を有する基板本体２を得ることができる。

脱脂温度が５００℃未満もしくは脱脂時間が１時間未満の場合、バインダー等を十分に除去することが困難になる。一方、脱脂温度が６００℃を超えると、ガラスの焼結が進む可能性があり、バインダー等の除去が不完全になるおそれがある。また、脱脂時間が１０時間を超えると、生産性等が低下するおそれがある。

焼成は、焼成温度が８５０℃未満、焼成時間が２０分間未満の場合、緻密なものが得られにくくなる。一方、焼成温度が９００℃を超えると、導体パターン等の形状の保持が難しくなる。また、焼成時間が６０分間を超えると、生産性等が低下するおそれがある。焼成は、特に８６０℃〜８８０℃の温度で行うことが好ましい。銀反射層６の形成に、銀を主成分とする金属粉末を含有する金属ペーストを用いた場合には、焼成温度が８８０℃を超えると、金属ペーストが過度に軟化して所定の形状を維持できなくなるおそれがある。

以上、本発明の発光素子搭載用基板１について説明したが、本発明の趣旨に反しない限度において、また必要に応じて、その構成を適宜変更することができる。

次に、本発明の発光装置について説明する。本発明の発光装置は、例えば図３に示すように、本発明の発光素子搭載用基板１の搭載面２ａに設けられた保護層７の搭載部１０に、ＬＥＤ素子等の発光素子１１が搭載されたものである。発光素子１１は、保護層７の上に接着剤を用いて固定され、その図示しない電極がボンディングワイヤ１２によって接続端子３に電気的に接続されている。そして、発光素子１１やボンディングワイヤ１２を覆うように、モールド樹脂からなる封止層１３が設けられて発光装置２０が構成されている。

封止層１３を構成するモールド樹脂としては、耐光性、耐熱性の点で優れているため、シリコーン樹脂が好ましく用いられる。このようなモールド樹脂に、白金、チタン等の触媒を添加することにより、モールド樹脂の速やかな硬化が可能となる。

封止用のモールド樹脂に蛍光体等を混合または分散させることにより、発光装置２０として得られる光を、所望の発光色に適宜調整することができる。すなわち、蛍光体を封止層に混合、分散させることにより、発光素子１１から放射される光によって励起された蛍光体が可視光を発光し、この可視光と発光素子１１から放射される光とが混色して、発光装置２０として所望の発光色を得ることができる。蛍光体の種類は特に限定されるものではなく、発光素子から放射される光の種類や目的とする発光色に応じて適宜選択される。なお、蛍光体を配置するには、上記のようにして封止層１３に混合・分散させる方法に限らず、例えば封止層１３の上に蛍光体の層を設けるようにすることも可能である。

本発明の発光装置２０によれば、アルミナ系フィラーを含有し、かつ銀イオンがガラス中に拡散された状態で含有された保護層７が、銀反射層６の全面を覆うように設けられている。この構成により、銀反射層６の酸化や硫化が防止されるうえに、保護層７表面での銀イオンの凝集およびコロイド粒子化が防止され、銀発色が防止される。したがって、発光素子１１から供給される光の損失が少なく、高い発光輝度を得られる発光装置２０とすることができる。

また、本発明の発光装置２０によれば、搭載部１０の平坦度に優れ、熱抵抗の小さい発光素子搭載用基板１を用いることで、発光素子１１の過度な温度上昇を抑制し、高輝度に発光させることができる。

このような本発明の発光装置２０は、例えば携帯電話や大型液晶ディスプレイ等のバックライト、自動車用あるいは装飾用の照明、その他の光源として好適に用いることができる。

以下、本発明について実施例を参照してさらに詳細に説明する。

実施例１〜１２、比較例
まず、保護層用のガラスセラミックス組成物を調製した。すなわち、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの各成分が表１に示す組成（モル％）となるように、ガラス原料を調合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて１５００〜１６００℃で６０分間溶融させた後、溶融状態のガラスを流し出し冷却した。得られたガラスを、アルミナ製ボールミルにより２０〜６０時間粉砕してガラス粉末を得た。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いた。

得られた保護層用ガラス粉末の平均粒径Ｄ_５０（μｍ）を、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（島津製作所社製、商品名：ＳＡＬＤ２１００）を用いて測定した。いずれの組成のガラス粉末も、平均粒径（Ｄ_５０）は１〜３μｍの範囲内であった。

次に、上記の保護層用ガラス粉末に、Ｄ_５０が２μｍ、比表面積が４．５ｍ^２／ｇであるアルミナ粉末（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ）を、アルミナ粉末が表１に示す割合（質量％および体積％）となるように配合し、混合して、実施例１〜１０および比較例で使用する保護層用ガラスセラミックス組成物を得た。また、前記アルミナ粉末とともに、Ｄ_５０ ０．５μｍ、比表面積８．０ｍ^２／ｇのジルコニア（ＺｒＯ_２）粉末（第一稀元素化学社製、商品名：ＨＳＴ−３Ｆ）を表１に示す割合（質量％および体積％）となるようにさらに配合し、混合して、実施例１１および１２で使用する保護層用ガラスセラミックス組成物を得た。

次いで、実施例１〜９においては、前記保護層用ガラスセラミックス組成物と樹脂成分とを６０：４０の質量比で配合し、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って、保護層用のガラスペーストを調製した。なお、樹脂成分は、エチルセルロースとαテレピネオールとを質量比８５：１５で調合し分散したものを使用した。

また、実施例１０〜１２においては、前記保護層用ガラスセラミックス組成物５０ｇに、有機溶剤（トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノールを質量比４：２：２：１で混合したもの）１５ｇ、可塑剤（フタル酸ジ−２−エチルヘキシル）２．５ｇ、バインダーとしてのポリビニルブチラール（デンカ社製、商品名：ＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇ、さらに分散剤（ビックケミー社製、商品名：ＢＹＫ１８０）０．５ｇを配合し、混合してスラリーを調製した後、このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法により塗布し乾燥させ、焼成後の厚さが表１に示す厚さとなる保護層用グリーンシートを作製した。

次に、基板本体用グリーンシートを製造した。まず、ＳｉＯ_２を６０．４ｍｏｌ％、Ｂ_２Ｏ_３を１５．６ｍｏｌ％、Ａｌ_２Ｏ_３を６ｍｏｌ％、ＣａＯを１５ｍｏｌ％、Ｋ_２Ｏを１ｍｏｌ％、Ｎａ_２Ｏを２ｍｏｌ％となるように原料を配合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて１６００℃で６０分間溶融させた後、この溶融状態のガラスを流し出し冷却した。このガラスを、アルミナ製ボールミルによりエチルアルコールを溶媒として４０時間粉砕して、基板本体用のガラス粉末を製造した。

この基板本体用ガラス粉末が３５質量％、アルミナ粉末（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ）が４０質量％、ジルコニア粉末（第一稀元素化学工業社製、商品名：ＨＳＹ−３Ｆ−Ｊ）が２５質量％となるように配合し、混合することにより基板本体用ガラスセラミックス組成物を得た。こうして得られたガラスセラミックス組成物５０ｇに、有機溶剤（トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノールを質量比４：２：２：１で混合したもの）１５ｇ、可塑剤（フタル酸ジ−２−エチルヘキシル）２．５ｇ、バインダーとしてのポリビニルブチラール（デンカ社製、商品名：ＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇ、さらに分散剤（ビックケミー社製、商品名：ＢＹＫ１８０）０．５ｇを配合し、混合してスラリーを調製した。

このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法により塗布し乾燥させ、焼成後の厚さが０．１５ｍｍとなる基板本体用グリーンシートを製造した。

また、銀粉末（大研化学工業社製、商品名：Ｓ５５０）とビヒクルとしてのエチルセルロースを、質量比８５：１５の割合で配合し、固形分が８５質量％となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行って銀ペーストを調製した。

基板本体用グリーンシートの未焼成貫通導体に相当する部分に孔空け機を用いて直径０．３ｍｍの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により前記銀ペーストを充填して未焼成貫通導体層を形成するとともに、未焼成接続端子、未焼成外部電極端子をそれぞれ形成した。

このグリーンシートを重ね合わせ、熱圧着により一体化した後、搭載面の中央部に反射層用の銀ペーストをスクリーン印刷法によって印刷・形成した。その上に、実施例１〜９および比較例においては、前記保護層用ガラスペーストをスクリーン印刷法によって塗布して、未焼成発光素子搭載用基板とした。また、実施例１０〜１２においては、反射層用の銀ペーストの上に、前記保護層用グリーンシートを重ねて圧着し、未焼成発光素子搭載用基板とした。なお、反射層用銀ペーストは、銀粉末（大研化学工業社製、商品名：Ｓ４００−２）、ビヒクルとしてのエチルセルロースを質量比８５：１５の割合で配合し、固形分が８５質量％となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で１時間混練を行い、さらに三本ロールにて３回分散を行うことにより得た。

次いで、上記で得られた未焼成発光素子搭載用基板を５５０℃で５時間保持して樹脂成分を分解・除去した後、８７０℃に３０分間保持して焼成を行い、発光素子搭載用基板を製造した。基板本体上に形成された銀反射層の厚さは２０μｍであり、保護層の厚さは表１に示す通りであった。

この状態で、保護層に含まれる銀イオン（Ａｇ^＋）の濃度（含有量）を測定した。すなわち、保護層全体に含まれるＡｇ濃度を、蛍光Ｘ線を用いて測定した。また、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ（ＥＰＭＡ）を用いて、保護層を構成するガラス中のＡｇ濃度を測定した。ここで、ガラス中とは、アルミナ粉末が含まれないガラスだけの領域を示すものとする。この領域が、ＥＰＭＡによる検出領域となる。測定結果を、Ａｇ_２Ｏに換算した値として表１に示す。実施例１〜１２の発光素子搭載用基板では、保護層を構成するガラス中に銀が一定の割合で拡散されて含有されていることがわかった。

次に、実施例１〜１２および比較例で得られた各発光素子搭載用基板に、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を搭載して、図３に示す発光装置を作成した。すなわち、保護層の搭載部上にＬＥＤ素子（昭和電工社製、商品名：ＧＱ２ＣＲ４６０Ｚ）１個をダイボンド材（信越化学工業社製、商品名：ＫＥＲ−３０００−Ｍ２）により固定し、その電極をボンディングワイヤによって接続端子に電気的に接続した。さらに封止剤を用いてモールド封止層を形成した。なお、封止剤としては、封止用シリコーン樹脂（信越化学工業社製、商品名：ＳＣＲ−１０１６Ａ）を用いた。

次いで、実施例１〜１２および比較例で作製された発光装置において、電圧／電流発生器（アドバンテスト社製、商品名：Ｒ６２４３）を用いて３５ｍＡを印加し、ＬＥＤ素子を発光させた。そして、発光初期（０時間後）、温度８０％、湿度８０％の環境で１００時間放置後、および同じ環境で２５０時間放置後のそれぞれの時点で、発光装置から得られる光の全光束量（ルーメン）を測定した。全光束量の測定は、積分球（直径６インチ）内に発光装置を設置し、全光束測定装置（スペクトラコープ社製、商品名：ＳＯＬＩＤＬＡＭＢＤＡ・ＣＣＤ・ＬＥＤ・ＭＯＮＩＴＯＲ・ＰＬＵＳ）を用いて行った。測定結果を表１および図４に示す。

なお、表１および図４では、実施例１〜１２および比較例のそれぞれの発光初期（０時間後）における光束量の測定値を１００とし、１００時間後および２５０時間後の各光束量の測定値を、前記各測定値を基準とした相対値（輝度の割合）として表記した。

表１から明らかなように、実施例１〜１２の発光素子搭載用基板では、特定のガラス組成を有するガラス粉末とアルミナ粉末との混合物を焼成してなる焼結体により保護層が構成されている。また、保護層を構成するガラス中に銀イオンが拡散された状態で、かつ所定の濃度（０．５〜５．０質量％）で含有されている。このような発光素子搭載用基板を用いた発光装置では、保護層とシリコーン樹脂封止層との界面での銀発色がなく、経時的な輝度（全光束量）の低下がほとんど生じないことが認められた。それに対して、比較例の発光素子搭載用基板を用いた発光装置では、下層の銀反射層から保護層に移行した銀イオンは、保護層を構成するガラス中に拡散された状態で含有されておらず、アルミナ粉末の表面近傍のみに高い濃度で局在しているので、このような発光素子搭載用基板を用いた発光装置では、保護層とシリコーン樹脂封止層との界面での銀発色により、輝度が大きく低下していることがわかった。

１…発光素子搭載用基板、２…基板本体、３…接続端子、４…外部電極端子、５…貫通導体、６…銀反射層、７…保護層、１０…搭載部、１１…発光素子、１２…ボンディングワイヤ、１３…封止層、２０…発光装置、２１…ガラス層、２２…アルミナ系フィラー、２３…銀イオンが拡散・含有されたガラス層。

Claims (11)

1. 発光素子が搭載される搭載面を有する基板本体と、
   前記基板本体の前記搭載面に形成された銀または銀合金を主体とする反射層と、
   前記反射層の全面を覆うように形成されたガラスを含む保護層を有する発光素子搭載用基板であって、
   前記保護層は、アルミナ系フィラーを含有しており、かつ銀イオンが拡散された状態で含まれたガラスを含有することを特徴とする発光素子搭載用基板。
2. 前記ガラス中に含まれる銀イオンの濃度が、Ａｇ_２Ｏの濃度に換算して０．５質量％以上５．０質量％以下である請求項１記載の発光素子搭載用基板。
3. 前記保護層に含まれるアルミナ系フィラーの含有量が、５質量％以上７０質量％以下である請求項１または２記載の発光素子搭載用基板。
4. 前記保護層に含まれるアルミナ系フィラーの含有量が、３体積％以上６０体積％以下である請求項１または２記載の発光素子搭載用基板。
5. 前記保護層は、少なくともＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣａＯを構成成分とするガラスを含有する請求項１乃至４のいずれか１項記載の発光素子搭載用基板。
6. 前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２を４０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３を５〜２５％、ＣａＯを５〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏからなる群から選ばれる少なくとも１種を０〜８％含有するガラス粉末を焼成してなるものである請求項５記載の発光素子搭載用基板。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の発光素子搭載用基板を製造する方法であって、
   前記基板本体を形成するための第１のグリーンシートを作製する工程と、
   前記第１のグリーンシートの前記搭載面となる面に、前記反射層を形成するための反射層用ペースト層を形成する工程と、
   前記反射層用ペースト層の全面を覆うように、前記保護層を形成するための前駆体の層を形成する工程と、
   前記工程で得られた未焼結発光素子搭載用基板を焼成する工程
   を有する発光素子搭載用基板の製造方法。
8. 前記前駆体の層を形成する工程は、前記ガラス粉末と前記アルミナ系フィラーとを含むガラスセラミックスペーストを印刷する工程を有する、請求項７記載の発光素子搭載用基板の製造方法。
9. 前記前駆体の層を形成する工程は、前記ガラス粉末と前記アルミナ系フィラーとを含むガラスセラミックス組成物により作製された第２のグリーンシートを積層する工程を有する、請求項７記載の発光素子搭載用基板の製造方法。
10. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の発光素子搭載用基板と、
    前記発光素子搭載用基板の搭載部に搭載される発光素子と
    を有することを特徴とする発光装置。
11. 前記保護層の表面の一部または全部が白金触媒を含むシリコーン樹脂により封止されてなる請求項１０記載の発光装置。

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