JP5623587B2 - LIGHT REFLECTOR, LIGHT EMITTING DEVICE MOUNTING WIRING BOARD, AND LIGHT EMITTING DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための発光素子の光反射部分に好適に用いられる光反射体およびそれを用いた発光素子搭載用配線基板、並びに発光装置に関する。 The present invention relates to a light reflector suitably used in a light reflecting portion of a light emitting element for mounting a light emitting element such as a light emitting diode, a light emitting element mounting wiring board using the same, and a light emitting device.
従来、LEDを用いた発光装置は、非常に発光効率が高く、しかも、白熱電球などと比較すると発光に伴い発生する熱量が小さいために様々な用途に用いられてきた。しかしながら、白熱電球や蛍光灯などと比較すると発光量が小さいため、照明用ではなく、表示用の光源として用いられ、通電量も30mA程度と非常に小さいものであった。 Conventionally, light emitting devices using LEDs have been used for various applications because of their extremely high luminous efficiency and the small amount of heat generated with light emission compared to incandescent bulbs. However, since it emits less light than incandescent bulbs and fluorescent lamps, it is not used for illumination but as a light source for display, and the energization amount is as small as about 30 mA.
しかし、近年では、発光素子を用いた発光装置の高輝度化、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶TV等のバックライトに発光装置が多く用いられてきている。そのなかで、光反射体として、結晶性ガラスを用いるものが提案されている(例えば特許文献1参照)。 However, in recent years, with the increase in brightness and whiteness of light-emitting devices using light-emitting elements, light-emitting devices have been frequently used for backlights of mobile phones and large liquid crystal TVs. Among them, a light reflector that uses crystalline glass has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の結晶性ガラスの反射体はプラズマディスプレイパネルの絶縁性反射皮膜として用いると記載されているが、可視光域の反射率が15〜20%とが低いため、プラズマディスプレイパネルには使用できても携帯端末の発光装置や照明用の発光装置等の高輝度の要求される機器においては効率が低いという問題があった。特に、携帯電話等の電池を用いる機器用の発光装置では効率が低いと使用時間が短くなってしまうという問題があった。また、照明用の発光装置では、光量が不充分となってしまうという問題があった。
However, although the crystalline glass reflector described in
従って、本発明の目的は、可視光域において高い反射率を有する光反射体、およびそれを用いた発光素子搭載用配線基板、並びに発光装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light reflector having a high reflectance in the visible light region, a light emitting element mounting wiring board using the same, and a light emitting device.
本発明の光反射体は、ガラスとセラミック粒子とを含有するガラスセラミックスからなり、平均粒径1.3μm以上のアルミナ粒子を含むとともに、前記ガラスセラミックスの断面において、前記セラミック粒子のうち粒子径が0.3〜1.0μmである粒子群の占有面積が前記断面の10〜70%であることを特徴とする。
Light reflector of the present invention is made of a glass ceramic containing a glass and ceramic particles, along with containing an average particle diameter 1.3μm or more of the alumina particles in a cross section of the glass ceramic particle size of the ceramic particles The occupied area of the particle group of 0.3 to 1.0 μm is 10 to 70% of the cross section.
前記セラミック粒子が、アルミナ、ジルコニア、セルジアン、スラウソナイト、アノーサイト、ディオプサイト、フォルステライト、エンスタタイト、ガーナイト、スピネル、ウイレマイト、コーディエライト、ムライト、クオーツおよびこれらの固溶体の群から選ばれる少なくとも1種からなることが好ましい。 The ceramic particles are at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, serdian, slusonite, anorthite, diopsite, forsterite, enstatite, garnite, spinel, willemite, cordierite, mullite, quartz, and solid solutions thereof. It preferably consists of seeds.
前記粒子群の占有面積のうち、アスペクト比が3以上である粒子の占有面積が20%以上であることが好ましい。 Of the occupied area of the particle group, the occupied area of particles having an aspect ratio of 3 or more is preferably 20% or more.
前記ガラスセラミックスは、遷移金属元素を実質的に含有していないことが好ましい。
It is preferable that the glass ceramic does not substantially contain a transition metal element.
本発明の発光素子搭載用配線基板は、絶縁基板の主面に、配線層と、発光素子を搭載する発光素子搭載部とを設けてなる発光素子搭載用配線基板において、前記発光素子搭載部が前記光反射体からなることを特徴とする。 The light-emitting element mounting wiring board of the present invention is a light-emitting element mounting wiring board in which a wiring layer and a light-emitting element mounting part for mounting a light-emitting element are provided on a main surface of an insulating substrate. It consists of the said light reflector.
本発明発光装置は、前記発光素子搭載用配線基板の前記発光素子搭載部に発光素子を搭載してなることを特徴とする。 The light emitting device of the present invention is characterized in that a light emitting element is mounted on the light emitting element mounting portion of the light emitting element mounting wiring board.
本発明の光反射体は、ガラスとセラミック粒子とを含有するガラスセラミックスからなり、前記ガラスセラミックスの断面において、前記セラミック粒子の粒子径が0.3〜1.0μmである粒子群の占有面積が断面の10〜70%であることにより、波長が400〜700nmである可視光が散乱され、可視光の波長領域で反射率を高くすることが出来る。すなわち、ガラスとセラミック粒子では屈折率が異なるため、それらの界面で光の散乱が起きるが、その際に、セラミック粒子の粒径が可視光の波長に近いため散乱の効率がよくなり、可視光の波長領域で反射率が高くなる。 The light reflector of the present invention is made of glass ceramics containing glass and ceramic particles, and in the cross section of the glass ceramics, the area occupied by the particle group in which the particle diameter of the ceramic particles is 0.3 to 1.0 μm. By being 10 to 70% of the cross section, visible light having a wavelength of 400 to 700 nm is scattered, and the reflectance can be increased in the wavelength region of visible light. In other words, since glass and ceramic particles have different refractive indexes, light scattering occurs at the interface between them, but at that time, the particle size of the ceramic particles is close to the wavelength of visible light, so that the efficiency of scattering is improved and visible light is scattered. The reflectance increases in the wavelength region.
本発明を、添付図面に基づいて説明する。 The present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の光反射体の一実施形態の断面の模式図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the light reflector of the present invention.
本発明の光反射体は、ガラスセラミックス1からなっているものであり、ガラスセラミックス1は、例えばガラス3と、セラミック粒子5とセラミック粒子7のようなセラミック粒子と、を含有するものである。
The light reflector of the present invention is made of
本発明の光反射体は、ガラスとセラミック粒子とを含有するガラスセラミックスからなり、前記ガラスセラミックスの断面において、前記セラミック粒子の粒子径が0.3〜1.0μmである粒子群の占有面積が断面の10〜70%であることが重要である。 The light reflector of the present invention is made of glass ceramics containing glass and ceramic particles, and in the cross section of the glass ceramics, the area occupied by the particle group in which the particle diameter of the ceramic particles is 0.3 to 1.0 μm. It is important that it is 10 to 70% of the cross section.
本発明の光反射体をかかる構成とすることにより、屈折率の異なるガラスとセラミック粒子との界面において、効率よく光が散乱するため高い反射率を得ることができる。断面における粒子径を0.3〜1.0μmと、可視光の波長領域である400nm(0.4μm)〜700nm(0.7μm)に近い大きさとすることにより、可視光を特に効率よく反射させることが可能となるため、可視光の波長領域で、高い反射率を示すことが可能となる。 By adopting such a configuration of the light reflector of the present invention, high reflectance can be obtained because light is efficiently scattered at the interface between glass and ceramic particles having different refractive indexes. Visible light is reflected particularly efficiently by setting the particle diameter in the cross section to a size close to 400 nm (0.4 μm) to 700 nm (0.7 μm), which is a visible light wavelength region, of 0.3 to 1.0 μm. Therefore, it becomes possible to show a high reflectance in the wavelength region of visible light.
可視光の反射率を高くするためには、前記断面における粒子径が0.3〜0.8μmのセラミック粒子の粒子群の占有面積が断面の15〜65%であることが更に好ましく、前記断面における粒子径が0.4〜0.7μmのセラミック粒子の粒子群の占有面積が断面
の20〜60%であることが最適である。
In order to increase the reflectance of visible light, it is more preferable that the occupied area of the particle group of ceramic particles having a particle diameter of 0.3 to 0.8 μm in the cross section is 15 to 65% of the cross section. The area occupied by the particle group of ceramic particles having a particle diameter of 0.4 to 0.7 μm is optimally 20 to 60% of the cross section.
なお、本発明での断面における粒子径は、ガラスセラミックスの断面を鏡面研磨し、走査型顕微鏡(SEM)で撮影した画像から算出する値で、具体的には、アスペクト比が3より小さい粒子では断面形状を円形近似した場合の粒子の直径のことであり、アスペクト比が3以上の粒子では粒子の短径のことである。アスペクト比が大きい異方性粒子の場合は、円形近似を行うと実際の粒子の大きさと円形近似した場合の粒子の直径との差が大きくなるため、光の散乱に与える影響の大きい短径を断面における粒子径とした。 The particle diameter in the cross section of the present invention is a value calculated from an image taken with a scanning microscope (SEM) after mirror-polishing the cross section of the glass ceramic. This is the diameter of the particle when the cross-sectional shape is approximated by a circle, and for particles having an aspect ratio of 3 or more, it is the short diameter of the particle. In the case of anisotropic particles with a large aspect ratio, if the circular approximation is performed, the difference between the actual particle size and the diameter of the particle in the circular approximation becomes large. The particle diameter in the cross section was taken.
ここで、アスペクト比とは、粒子の断面積を二等分する線分の中でもっとも長いものを断面における粒子の長径とし、もっとも短いものを断面における粒子の短径とした場合の長径/短径のことである。また、ここで円形近似とは、粒子の断面積を測定し、その断面積と同じ面積を有する円の直径を断面における粒子径とするものである。なお、粒径1.27μmの真球状の粒子に対する本発明の断面における粒子径は、計算上では平均で約1.0μmとなる。 Here, the aspect ratio is the longest / shortest diameter when the longest of the line segments that bisect the cross-sectional area of the particle is the major axis of the particle in the cross section and the shortest is the minor axis of the particle in the cross section. It is a diameter. Here, the circular approximation means that the cross-sectional area of a particle is measured, and the diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area is taken as the particle diameter in the cross-section. In addition, the particle diameter in the cross section of the present invention for a true spherical particle having a particle diameter of 1.27 μm is about 1.0 μm on average in the calculation.
測定をおこなう断面は、光反射体の主に光を反射する面に略平行な断面で、測定は100μm2の範囲に対して行えばよい。なお、光反射体の光を反射する面が100μm2に満たない場合は、反射する面に略平行な断面全体を測定すればよい。また、測定範囲の境界をまたいでいる粒子については、アスペクト比および断面における粒子径の測定は測定範囲を超えている部分も含めて粒子の断面全体に対して行い、面積はその粒子の断面のうち測定範囲内の部分を計測すればよい。そのためには、走査型顕微鏡で撮影する範囲は、測定範囲の境界をまたいでいる粒子の粒子径が測定できる程度に測定範囲より広い範囲とする。 The cross section where the measurement is performed is a cross section substantially parallel to the light reflecting surface of the light reflector, and the measurement may be performed over a range of 100 μm 2 . In addition, when the surface which reflects the light of a light reflector is less than 100 micrometers 2 , what is necessary is just to measure the whole cross section substantially parallel to the surface to reflect. For particles that cross the boundary of the measurement range, the aspect ratio and the particle diameter in the cross section are measured for the entire cross section of the particle, including the part that exceeds the measurement range, and the area is the cross section of the particle. What is necessary is just to measure the part within a measurement range. For this purpose, the range to be photographed with a scanning microscope is set to a range wider than the measurement range so that the particle diameter of the particles straddling the boundary of the measurement range can be measured.
また、断面における粒子径が0.3〜1.0μmであるセラミック粒子は、ガラスセラミックスを製造する際に、原料粉末の段階でガラスと混合するフィラーとして添加してもよいが、焼成中にガラスから微細な結晶相としてセラミック粒子を析出させることが、光反射体の製造上好ましい。そうすれば、平均粒子径が約1.3μm以下の微粉末をフィラーとして使用しないため、フィラー製造のコストが増加したり、フィラーが凝集等して、ガラスとフィラーの混合が不充分で焼成時にガラスセラミックスにクラックが発生したりすることがない。 Ceramic particles having a particle diameter of 0.3 to 1.0 μm in cross section may be added as a filler to be mixed with glass at the raw material powder stage when producing glass ceramics. From the viewpoint of manufacturing a light reflector, it is preferable to deposit ceramic particles as a fine crystal phase. Then, since fine powder having an average particle size of about 1.3 μm or less is not used as a filler, the cost of manufacturing the filler increases, the filler aggregates, etc. No cracks occur in the glass ceramics.
さらに、光反射体の反射率以外の特性、例えば、抗折強度や誘電率、誘電損失、熱膨張係数等を制御するために、フィラーとしては製造が容易な平均粒径が約1.3μm以上のセラミック粒子7を使用し、かつ、焼成中にガラスから微細な結晶相であるセラミック粒子5を析出させることが、光反射体に様々な特性を付与できるとともに容易に製造することが可能となる点で好ましい。
Furthermore, in order to control characteristics other than the reflectance of the light reflector, such as bending strength, dielectric constant, dielectric loss, thermal expansion coefficient, etc., the average particle diameter that is easy to manufacture as a filler is about 1.3 μm or more. When the
本発明のセラミック粒子は、アルミナ、ジルコニア、セルジアン、スラウソナイト、アノーサイト、ディオプサイト、フォルステライト、エンスタタイト、ガーナイト、スピネル、ウイレマイト、コーディエライト、ムライト、クオーツおよびこれらの固溶体の群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。それらのセラミック粒子は可視光領域に特有の光吸収帯を有していなく、無色透明な結晶であることから、光反射体の反射率をより高くすることが出来る。なお、セラミック粒子は、断面における粒子径が0.3〜1.0μmの微細な結晶粒子が得やすいという点で、ジルコニア、ガーナイト、スピネルであることが好ましい。 The ceramic particles of the present invention are selected from the group consisting of alumina, zirconia, serdian, slausonite, anorthite, diopsite, forsterite, enstatite, garnite, spinel, willemite, cordierite, mullite, quartz, and solid solutions thereof. It is preferable that there is at least one. Since these ceramic particles do not have a light absorption band peculiar to the visible light region and are colorless and transparent crystals, the reflectance of the light reflector can be further increased. The ceramic particles are preferably zirconia, garnite, and spinel in that fine crystal particles having a cross-sectional particle size of 0.3 to 1.0 μm are easily obtained.
図1に示したセラミック粒子5は例えば、焼成によりガラスから析出したガ−ナイトであり、セラミック粒子7はフィラーのアルミナである。このような構成にすることにより
、断面における粒子径が0.3〜1.0μmのセラミック粒子であるのは、主にガ−ナイトとなり、断面における粒子径が0.3〜1.0μmのセラミック粒子の占有面積の割合が10〜70%であれば、ガラスセラミックス1からなる光反射体の反射率が高くなる。また、セラミック粒子7がアルミナであることから、ガラスセラミック1からなる光反射体に強度が高い、耐食性に優れる等の特性を付与することが容易になる。
The
また、図1中ではセラミック粒子としてセラミック粒子5およびセラミック粒子7の2種類がある場合を例示しているが、セラミック粒子の種類は1種類であっても、3種類以上であっても差し支えない。さらに、ガラス3に関しても、1種類でなく複数のガラスが混在していても差し支えない。複数のガラスを混在させるためには、原料粉末の段階で複数の種類のガラスを原料として使用する方法の他、焼成中に分相させる方法を選択することができる。
In addition, FIG. 1 illustrates the case where there are two types of ceramic particles,
また、ガラスセラミックス1の結晶化度を50%以上、特に60%以上とすれば、ガラスセラミックス1中の結晶粒子の量が増加するため、ガラス3とセラミック粒子5やセラミック粒子7との界面が増加し、より高い反射率を得られるため好ましい。
Further, if the crystallinity of the
ここで、結晶化度とは、ガラスセラミックス中の全結晶相の質量の合計/ガラスセラミックスの質量により定義されるものであり、ガラスセラミックス中に含まれる結晶相の割合を質量比で表したものである。ガラスセラミックス中の結晶相の質量はリートベルト解析により算出されるものである。したがって、結晶相としては、フィラーとして原料粉末として添加したもの、ガラスから焼成中に析出したもの、ガラスとフィラーの反応により生成したもの等の全てを含んで測定される。 Here, the degree of crystallinity is defined by the sum of the masses of all the crystal phases in the glass ceramics / the mass of the glass ceramics, and represents the ratio of the crystal phases contained in the glass ceramics in a mass ratio. It is. The mass of the crystal phase in the glass ceramic is calculated by Rietveld analysis. Therefore, the crystal phase is measured including all of those added as a raw material powder as a filler, those precipitated from glass during firing, and those generated by the reaction between glass and filler.
また、遷移金属元素を実質的に含有しないことにより、遷移金属元素特有の吸収帯による、反射率の低下を抑制することができる。さらに、吸収帯の反射率が低いことにより入射光と反射光の色調の差を少なくすることができる。これにより、照明用等で白色の光が必要な場合に、白色の反射光を安定して得ることができる。遷移金属元素としては、酸化物で構成されるガラスセラミックス中で酸化物として存在する遷移金属酸化物にて例示すれば、Cr2O3は緑、Co3O4は青、CeO2は黄色、等固有の吸収帯を有しているものや、TiO2やMnOのように元来は白色であるものの、焼成雰囲気の変動による価数変化や反応/固溶等により着色するという性質を有しているものがある。 Moreover, by not containing a transition metal element substantially, the fall of the reflectance by the absorption band peculiar to a transition metal element can be suppressed. Furthermore, since the reflectance of the absorption band is low, a difference in color tone between incident light and reflected light can be reduced. Thereby, when white light is required for illumination or the like, white reflected light can be stably obtained. For example, Cr 2 O 3 is green, Co 3 O 4 is blue, CeO 2 is yellow, Such as TiO 2 and MnO that are originally white, but have the property of being colored due to valence changes due to changes in the firing atmosphere, reaction / solid solution, etc. There is something that is.
ここで、実質的に含有しないとは、意図的に含有させないことを指し、不可避不純物は含有していてもかまわない。その含有量としては、1質量%以下、特に0.1質量%以下であることが好ましい。 Here, “not containing substantially” means not intentionally containing, and may contain unavoidable impurities. The content is preferably 1% by mass or less, particularly preferably 0.1% by mass or less.
また、可視光の波長領域である、波長400〜700nmの全域において、反射率が75%以上、特に80%以上、最適には85%以上であることが、特に、高い反射効率を示す発光装置を得るために好ましい。 In addition, a light-emitting device exhibiting a high reflection efficiency, in particular, has a reflectance of 75% or more, particularly 80% or more, and optimally 85% or more over the entire wavelength range of 400 to 700 nm, which is the wavelength region of visible light. It is preferable to obtain
また、可視光の波長領域全域において、反射率を75%以上とすることにより、光反射体に吸収または光反射体を透過する光が少なくなり、より高い発光効率の発光装置を得ることができる。 In addition, by setting the reflectance to 75% or more in the entire wavelength region of visible light, light that is absorbed or transmitted through the light reflector is reduced, and a light-emitting device with higher luminous efficiency can be obtained. .
次に、本発明の光反射体の製造方法を詳述する。 Next, the manufacturing method of the light reflector of this invention is explained in full detail.
まず、例えば、原料粉末として平均粒径1〜5μmのガラス粉末およびセラミック粉末を用意する。このときガラス粉末としては、焼成中に結晶相が析出する結晶化ガラスを用いることがより好ましい。ここで、結晶化ガラスとは、焼成によりガラスの一部あるいは
全部が結晶として析出するガラスのことである。上記、原料粉末を所望の混合比にて秤量し、適当な有機バインダー、溶媒等を添加した後、混合しスラリーを得る。
First, for example, glass powder and ceramic powder having an average particle diameter of 1 to 5 μm are prepared as raw material powder. At this time, as the glass powder, it is more preferable to use crystallized glass in which a crystal phase is precipitated during firing. Here, crystallized glass is glass in which part or all of the glass is precipitated as crystals upon firing. The above raw material powder is weighed at a desired mixing ratio, an appropriate organic binder, a solvent and the like are added, and then mixed to obtain a slurry.
得られたスラリーを所望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、射出成形、押出し成形、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法、印刷等により任意の形状に成形する。特にグリーンシートを作製するには、ドクターブレード法が好適である。 The obtained slurry is formed into a desired shape by a desired forming means such as a die press, cold isostatic pressing, injection molding, extrusion molding, doctor blade method, calendar roll method, rolling method, printing, and the like. In particular, a doctor blade method is suitable for producing a green sheet.
次に、上記の成形体を焼成するにあたり、まず、成形のために配合した有機バインダー成分を除去する。そして、700〜1000℃の酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中で0.2〜10時間、特に0.5〜5時間焼成することにより光反射体を得ることが出来る。 Next, in firing the above molded body, first, the organic binder component blended for molding is removed. And a light reflector can be obtained by baking for 0.2 to 10 hours, especially 0.5 to 5 hours in 700-1000 degreeC oxidizing atmosphere or non-oxidizing atmosphere.
特にガラス粉末として結晶化ガラスを用いた場合に、断面における粒子径が0.3〜1.0μmの結晶の析出を適切な大きさに制御するためには、焼成パターンを制御することが効果的である。即ち、核生成温度や結晶化温度をあらかじめ測定しておき、例えば、析出結晶相を微細化するためには、焼成中に核生成温度付近にて保持パターンを設け核の発生量を増加させることが効果的であり、逆に、析出結晶相を成長させたい場合には、結晶化温度付近まで急速に昇温し、核生成を抑制することが効果的である。 In particular, when crystallized glass is used as the glass powder, it is effective to control the firing pattern in order to control the precipitation of crystals having a particle diameter of 0.3 to 1.0 μm in the cross section to an appropriate size. It is. That is, the nucleation temperature and crystallization temperature are measured in advance. For example, in order to refine the precipitated crystal phase, a retention pattern is provided near the nucleation temperature during firing to increase the amount of nucleation. On the other hand, when it is desired to grow a precipitated crystal phase, it is effective to raise the temperature rapidly to near the crystallization temperature to suppress nucleation.
図2は本発明の別の光反射体の実施形態の断面の模式図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the light reflector of the present invention.
本発明の光反射体は、ガラスセラミックス11からなっているものであり、ガラスセラミックス11は、例えばガラス13と、セラミック粒子15とセラミック粒子17と異方性セラミック粒子19のようなセラミック粒子と、を含有するものである。
The light reflector of the present invention is made of
本発明の光反射体は、ガラスとセラミック粒子とを含有するガラスセラミックスからなり、前記ガラスセラミックスの断面において、前記セラミック粒子の粒子径が0.3〜1.0μmである粒子群の占有面積の中で、セラミック粒子のアスペクト比が3以上である粒子の占有面積が20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。アスペクト比が3以上、即ち、針状晶や板状晶といった異方性セラミック粒子19は、等方性の粒子と比較して、ひとつのセラミック粒子により広範囲の波長の光を反射することが可能であるため、可視光領域で、より高い反射率を得ることが可能となる。
The light reflector of the present invention is made of glass ceramics containing glass and ceramic particles, and in the cross-section of the glass ceramics, the ceramic particles have an area occupied by a particle group having a particle diameter of 0.3 to 1.0 μm. Among them, the area occupied by the ceramic particles having an aspect ratio of 3 or more is preferably 20% or more, and more preferably 30% or more. An aspect ratio of 3 or more, that is, anisotropic
断面における粒子径が0.3〜1.0μmでアスペクト比が3以上あるセラミック粒子の比率を増やすためには、セラミック粒子が異方性結晶となるアルミナおよびセルジアンのうちの少なくとも1種であることが好ましい。 In order to increase the ratio of ceramic particles having a particle diameter in the cross section of 0.3 to 1.0 μm and an aspect ratio of 3 or more, the ceramic particles should be at least one of alumina and serdian that form anisotropic crystals. Is preferred.
図2に示したセラミック粒子15は例えば、焼成によりガラスから析出したガ−ナイトであり、セラミック粒子17はフィラーのアルミナであり、異方性セラミック粒子19は焼成によりガラスから析出したセルジアンである。このような構成にすることにより、断面における粒子径が0.3〜1.0μmのセラミック粒子であるのは、主にセルジアンとガ−ナイトとなり、断面における粒子径が0.3〜1.0μmのセラミック粒子の占有面積の割合が10〜70%であれば、ガラスセラミックス11からなる光反射体の反射率が高くなる。加えて、断面におけるアスペクト比が3以上である粒子であるのは、主にセルジアンとなり、断面におけるアスペクト比が3以上である粒子の占有面積が20%以上であれば、ガラスセラミックス11からなる光反射体の反射率をさらに高くすることが容易となる。また、セラミック粒子17がアルミナであることから、ガラスセラミック11からなる光反射体に強度が高い、耐食性に優れる等の特性を付与することが容易になる。
The
断面における粒子径が0.3〜1.0μmでアスペクト比が3以上あるセラミック粒子の比率を増やすためには、上記と同様の焼成パターンの制御を、特に異方性セラミック粒子を対象にして行なうことが効果的である。 In order to increase the ratio of ceramic particles having a cross-sectional particle size of 0.3 to 1.0 μm and an aspect ratio of 3 or more, the same firing pattern control as described above is performed, particularly for anisotropic ceramic particles. It is effective.
図3(a)は本発明の発光素子搭載用配線基板の一実施形態の断面図である。 FIG. 3A is a cross-sectional view of an embodiment of the light emitting element mounting wiring board of the present invention.
本発明の発光素子搭載用配線基板113は、絶縁層101a〜101cを積層してなる絶縁基体103と、絶縁基体103の一方の主面103aに形成された搭載される発光素子との接続を行なう端子となる接続端子105と、絶縁基体103の他方の主面103bに形成された外部電極端子107と、接続端子105と外部電極端子107とを接続するために、絶縁基体103を貫通して形成された貫通導体109と、絶縁基体103の主面103aに形成された光反射体111とを具備している。
The
なお、絶縁基体103は、図3(a)に示すような積層体であっても、バルク体であっても良い。
The insulating
光反射体111には、発光素子が搭載される発光素子搭載部115が配設されている。
The
絶縁基体103は、熱伝導率の高い窒化アルミニウム質焼結体を用いることが好ましく、窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁層101aと、絶縁層101aの主面に形成された光反射体111とを組み合わせることで放熱性に優れ、例えば、光の反射率が低い窒化アルミニウム質焼結体を絶縁層101aとして用いた場合であっても、発光素子用配線基板113に搭載される発光素子からの光を効率よく利用することのできる発光素子搭載用配線基板113となる。
The insulating
すなわち、この光反射体111によって発光素子搭載部115に搭載される発光素子の放射光が発光素子搭載用配線基板113の主面103aに形成された光反射体111により反射され、放射光が絶縁基体103に吸収、あるいは絶縁基体103を透過することを抑制することができる。
That is, the emitted light of the light emitting element mounted on the light emitting
したがって、発光素子が直接に放射する光のみならず、光反射体111に反射した光までも、任意の方向に誘導することができるため、より強い光を供給することが可能となり、発光効率を格段に高くすることができる。
Therefore, not only the light directly emitted from the light emitting element but also the light reflected by the
つまり、本発明の発光素子搭載用配線基板113によれば、このような光反射体111を設けることで、絶縁基体103が、例えば、黒色であって非常に反射率が低い場合であっても、あるいは、絶縁基体103の透光性が高い場合であっても、発光素子搭載用配線基板113の反射率を高くすることができるのである。
That is, according to the light emitting element mounting
そのため、絶縁基体103として、高熱伝導の窒化アルミニウム質焼結体や、安価で高強度のアルミナ質焼結体や、安価な樹脂製のプリント基板を用いた場合であっても、高い反射率を実現することができ、絶縁基体103の特性を活かした発光素子用配線基板113となる。
Therefore, even when a highly heat-conductive aluminum nitride sintered body, an inexpensive and high-strength alumina sintered body, or an inexpensive resin printed board is used as the insulating
光反射体111の厚みを、25μm以下にすることにより、光反射体11の熱抵抗を低く抑えられ、発光素子からの放熱性に優れた発光効率の良い発光素子用配線基板13を得ることができる。特に、表面反射層11の厚みは20μm以下、さらに15μm以下とすることが好ましい。
By setting the thickness of the
接続端子105、外部電極端子107および貫通導体109としては、絶縁基体103
が窒化アルミニウム質焼結体やアルミナ質焼結体である場合は、W、Moのうち少なくとも1種を主成分としたものが例示できる。また、接続端子105の表面にAlやAgめっきを施すことにより、反射率を向上させることができる。
As the connection terminal 105, the
In the case where is an aluminum nitride sintered body or an alumina sintered body, a material mainly composed of at least one of W and Mo can be exemplified. Further, the reflectance can be improved by applying Al or Ag plating to the surface of the connection terminal 105.
また、例えば、図3(b)に示すように、絶縁基体103の発光素子搭載部115側に、搭載される発光素子を収納するための枠体216を形成してもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 3B, a
この枠体216は、発光素子の発する光を反射して、光を所望の方向に誘導する機能を有していることが望ましく、枠体216については、発光素子の放射光を受ける内壁面216aの反射率が70%以上であることが望ましい。特に、75%以上、さらに80%以上とすることが望ましい。
The
枠体216はセラミックスにより形成することで、絶縁基体103と枠体216とを同時焼成することができ、工程が簡略化されるため、安価な発光素子搭載用配線基板213を容易に作製することができる。また、セラミックスは耐熱性、耐湿性に優れているため、長期間の使用や、悪条件での使用にも、優れた耐久性を有する発光素子搭載用配線基板213となる。
By forming the
また、安価で、加工性に優れた金属により枠体216を形成することで、複雑な形状の枠体216であっても、容易に安価に製造することができ、安価な発光素子用配線基板213を供給することができる。この金属製の枠体216は、例えば、AlやFe−Ni−Co合金等などにより好適に形成することができる。また、枠体216の表面には、Ni、Au、Agなどからなるめっき層(図示せず)を形成してもよい。
In addition, by forming the
このように枠体216を金属により形成する場合には、予め、絶縁基体103の主面103aまたは絶縁基体103の主面103aに金属層217を形成し、この金属層217と枠体216とを、例えば、接着剤(図示せず)によって接着することができる。
When the
また、図示しないが、枠体216は、表面反射層111の主面に形成した金属層217と接着してもよい。
Although not shown, the
また、枠体116の形状を、底の抜けたボウル、あるいはパラボラアンテナのようにすることで光の誘導効率を向上させることができる。 In addition, the light guiding efficiency can be improved by making the shape of the frame body 116 a bowl with a bottom or a parabolic antenna.
図3(c)は本発明の発光素子搭載用配線基板のまた別の一実施形態の断面図である。 FIG. 3C is a cross-sectional view of another embodiment of the light emitting element mounting wiring board of the present invention.
本発明の発光素子搭載用配線基板313は、光反射体からなる絶縁層311a〜311fを積層してなる絶縁基体303と、絶縁層311d〜311f部分の一方の主面303aに形成された搭載される発光素子との接続を行なう端子となる接続端子305と、絶縁基体303の他方の主面303bに形成された外部電極端子307と、接続端子305と外部電極端子307とを接続するために、絶縁層311d〜311f部分を貫通して形成された貫通導体309とを具備している。
The light emitting element mounting
なお、絶縁基体303は、図3(c)に示すような積層体であっても、バルク体であっても良い。
The insulating
絶縁層311a〜311c部分により、キャビティが形成さており、絶縁層311d〜311f部分の主面303aには、発光素子が搭載される発光素子搭載部315が配設されている。
A cavity is formed by the insulating
すなわち、発光素子搭載部315に搭載される発光素子の放射光が光反射体からなる絶縁基体303によって反射され、発光素子が直接に放射する光のみならず、光反射体からなる絶縁基体303に反射した光までも、任意の方向に誘導することができるため、より強い光を供給することが可能となり、発光効率を格段に高くすることができる。
That is, the emitted light of the light emitting element mounted on the light emitting
また、光反射体からなる絶縁層基体303は、1000℃以下の低温で焼成することが可能であるため、接続端子305、外部電極端子307および貫通導体309として融点の低い金、銀、銅といった抵抗の低い金属と同時焼成が可能であり、これらの低抵抗金属を配線材料とすることが可能である。そのため、WやMoといった抵抗の高い配線材料を使用する窒化アルミニウム質焼結体やアルミナ質焼結体を絶縁基体として使用した場合と比較して、電力損失を低下させることができる。
Further, since the insulating
さらに、接続端子105として銀を用いた場合に、配線層自体の反射率が高いことにより、発光素子搭載用配線基板313全体として、より高い反射率を得ることができる。一方、銀は高価であるため、接続端子305と外部電極端子307とには安価な銅を使用し、接続端子305と外部電極端子307上に、銀めっきや金めっきを施すことにより、高い反射率を得ることが可能である。一方、接続端子305と外部電極端子307に金を使用すると、耐酸化性に最も優れるため、特に長期間使用した際でも、特性劣化のない非常に優れた信頼性を有する発光素子搭載用配線基板313を得ることができる。
Furthermore, when silver is used as the connection terminal 105, the reflectance of the wiring layer itself is high, so that a higher reflectance can be obtained for the light emitting element mounting
なお、図3(c)には発光素子搭載部315の周囲にキャビティを形成された発光素子搭載用配線基板313を示したが、図3(a)の様に発光素子搭載用配線基板を平板状にしてもよい。
3C shows the light emitting element mounting
図4(a)は本発明の発光装置の一実施形態の断面図である。 FIG. 4A is a cross-sectional view of an embodiment of the light emitting device of the present invention.
本発明の発光装置127は、図3(a)に示した本発明の発光素子搭載用配線基板113の発光素子搭載部115に、発光素子121としてLEDチップを接着剤129で接着して搭載し、ボンディングワイヤ123により、LEDチップ121と接続端子105とを電気的に接続して形成されるものである。
The
本発明の発光装置127によれば、発光素子121に給電することにより、発光素子121の放射する光を反射率の高い光反射体111に反射させ、任意の方向へと誘導することができるため、高効率の発光装置127となる。
According to the light-emitting
また、絶縁基体103として熱伝導率が高い材料を用いた場合には、発光素子121からの発熱を速やかに放出することができ、熱による輝度低下を抑制できる。
In addition, when a material having high thermal conductivity is used for the insulating
さらに、発光素子121は、モールド材131により被覆されているが、モールド材131を用いずに、蓋体(図示せず)を用いて封止してもよく、また、モールド材131と蓋体とを併用してもよい。蓋体はガラスなどの透光性の素材を用いることが望ましい。
Further, although the
またさらに、モールド材131に発光素子121が放射する光を波長変換するための蛍光体(図示せず)を添加してもよい。
Furthermore, a phosphor (not shown) for converting the wavelength of light emitted from the
発光素子121としては、黄色や青色のLEDチップ等が好適に用いられ、適切な波長変換を行う蛍光体を選択することにより、白色光に変換することができる。本発明の発光装置127においては、光反射体111が可視光領域で、高い反射率を有するため、特に白色光を発光する発光装置として使用する場合に、その特性を最も有効に活用することができるが、赤、青、緑の発光装置として使用した際でも、高い発光効率を示すことが可能
である。
A yellow or blue LED chip or the like is preferably used as the light-emitting
なお、図4(a)に示した例では、発光素子121は、接着剤129により光反射体111発光体配線基板103に固定され、電力の供給はワイヤボンド123によりなされているが、発光素子用配線基板103との接続形態は、フリップチップ接続であってもよい。
In the example shown in FIG. 4A, the light-emitting
また、例えば、図4(b)に示すように、図3(b)に示した枠体116の形成された発光素子用配線基板113の発光素子搭載部115に、発光素子121としてLEDチップを接着剤129で接着して搭載し、ボンディングワイヤ123により、LEDチップ121と接続端子105とを電気的に接続して形成してもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 4B, an LED chip is used as the
枠体116を搭載した発光装置127では、枠体116の内側に発光素子121を収納することで、容易に発光素子121を保護することができる。
In the
またさらに、図4(c)に示すように、図3(c)に示した発光素子用配線基板313の発光素子搭載部315に、発光素子321としてLEDチップを接着剤329で接着して搭載し、ボンディングワイヤ323により、LEDチップ321と接続端子305とを電気的に接続して形成してもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 4C, an LED chip is mounted as a
実施例1
表1に示す組成の平均粒径2.0μmの結晶化ガラス粉末および表2に示す組成と粒径とを有するフィラーを準備し、表2の組成に従い秤量し、これに、有機バインダー、可塑剤および溶媒を混合し、スラリーを作製し、得られたスラリーをドクターブレード法によって成形した。
Example 1
A crystallized glass powder having an average particle size of 2.0 μm having the composition shown in Table 1 and a filler having the composition and particle size shown in Table 2 are prepared and weighed according to the composition of Table 2, and an organic binder and a plasticizer are prepared. And the solvent was mixed and the slurry was produced, and the obtained slurry was shape | molded by the doctor blade method.
得られた成形体を厚み2mmとなるように熱圧着法にて積層し、大気中500℃、2時間の熱処理により脱有機バインダー処理した後、大気雰囲気中にて、900℃、1hrの条件にて焼成することにより、光反射体であるガラスセラミックを得た。 The obtained molded body was laminated by a thermocompression bonding method so as to have a thickness of 2 mm, treated with a deorganic binder by heat treatment at 500 ° C. for 2 hours in the atmosphere, and then at 900 ° C. for 1 hour in the air atmosphere. The glass ceramic which is a light reflector was obtained by baking.
このガラスセラミックスについて、断面を鏡面研磨し、走査型顕微鏡(SEM)を用いて2次電子像および反射電子像を撮影し、画像解析装置を用いて、100μm2の範囲で、断面における粒子の短径、長径および面積を測定した。長径/短径をアスペクト比とし、アスペクト比が3以上の粒子については、短径を断面における粒子径として算出し、アスペクト比が3よりも小さい粒子については、その面積と同じ面積を有する円の直径を断面における粒子径として算出した。 About this glass ceramic, a cross section is mirror-polished, a secondary electron image and a backscattered electron image are photographed using a scanning microscope (SEM), and a short particle of a cross section within a range of 100 μm 2 using an image analyzer. Diameter, major axis and area were measured. For particles having an aspect ratio of major axis / minor axis and an aspect ratio of 3 or more, the minor axis is calculated as the particle diameter in the cross section. For particles having an aspect ratio of less than 3, a circle having the same area as the area is calculated. The diameter was calculated as the particle diameter in the cross section.
その結果から、断面における粒子径が0.3〜1.0μmである粒子群の占有面積を計算し、測定面積中に占める前記粒子群の占有面積の割合を表3に示した。さらに、前記粒子群のなかでアスペクト比が3以上である粒子の占有面積を計算し、前記粒子群の占有面積のうち、アスペクト比が3以上である粒子の占有する面積の割合を表3に示した。 From the results, the occupied area of the particle group having a particle diameter of 0.3 to 1.0 μm in the cross section was calculated, and the ratio of the occupied area of the particle group in the measurement area is shown in Table 3. Further, the area occupied by particles having an aspect ratio of 3 or more in the particle group was calculated, and the ratio of the area occupied by particles having an aspect ratio of 3 or more in the area occupied by the particle group is shown in Table 3. Indicated.
また、ガラスセラミックスの結晶相をX線回折測定により回折パターンを測定し、結晶相の同定を行った。さらに、リートベルト法を用いて結晶化度を算出した。結果を表3に示す。 The crystal phase of the glass ceramic was identified by measuring the diffraction pattern by X-ray diffraction measurement. Furthermore, the crystallinity was calculated using the Rietveld method. The results are shown in Table 3.
さらに、発光分光分析法にて、波長400nm〜700nmの可視光領域全域に渡って10nm毎に反射率を測定し、反射率の最も低い波長での値を表3に示した。 Further, the reflectance was measured every 10 nm over the entire visible light region having a wavelength of 400 nm to 700 nm by emission spectroscopy, and the values at the wavelength with the lowest reflectance are shown in Table 3.
また、比較サンプルとして、表1に示した組成を有する非結晶化ガラスであるガラスG7のみを焼成して作製したセラミックフィラーも焼成により析出する結晶相も含有しないガラス焼結体および窒化アルミニウム焼結体に関してもサンプルを作製し、同様の評価を行った。 In addition, as a comparative sample, a ceramic filler produced by firing only glass G7, which is a non-crystallized glass having the composition shown in Table 1, and a glass sintered body and aluminum nitride sintered containing no crystal phase precipitated by firing A sample was also prepared for the body, and the same evaluation was performed.
試料No.4〜17は、可視光領域での最も低い反射率が75%以上、即ち、可視光全域に渡って75%以上の高い反射率を示すものであった。特にアスペクト比が3以上である粒子の占有面積が20%以上である試料No.7〜14は、可視光領域での最も低い反射率が78%以上の高い反射率を示すものであった。なお、試料No.9、16は参考例である。 Specimen No. Nos. 4 to 17 indicate that the lowest reflectance in the visible light region is 75% or more, that is, a high reflectance of 75% or more over the entire visible light region. In particular the area occupied by the particle aspect ratio is 3 or more is 20% or more specimen No. Nos. 7 to 14 show a high reflectance of 78% or more at the lowest reflectance in the visible light region. Sample No. Reference numerals 9 and 16 are reference examples.
一方、セラミックフィラーも焼成により析出する結晶相もないため、セラミック粒子を全く含まない本発明の範囲外の試料No.1は反射率が低いものとなった。また、窒化アルミニウム焼結体からなる本発明の範囲外の試料No.2と結晶化度の高い結晶化ガラスを用いた本発明の範囲外の試料No.3では、結晶化度は高いものの、析出粒子の直径が大きく、0.3〜1.0μmの微細な粒子の析出量が少ないため、反射率が低いものとなった。 On the other hand, since there is neither a ceramic filler nor a crystal phase that precipitates upon firing, sample no. No. 1 has a low reflectance. In addition, sample Nos. Made of an aluminum nitride sintered body outside the scope of the present invention. 2 and sample No. 2 using a crystallized glass having a high degree of crystallinity outside the scope of the present invention. In No. 3, although the crystallinity was high, the diameter of the precipitated particles was large, and the amount of fine particles of 0.3 to 1.0 μm deposited was small, so that the reflectance was low.
実施例2
本発明の範囲内の試料No.11の光反射体材料Hを用いて、実施例1と同様にして厚さ300μmのグリーンシートを成形した。得られた前記グリーンシートをパンチングにて貫通穴を形成し、そこに銅を主成分とし焼成後に貫通導体309となる導体ペーストを充填し、さらにスクリーン印刷法にて必要な配線パターンをグリーンシートの表面および裏面に、銅を主成分とする導体ペーストを用いて配線層を形成し絶縁層311d〜311fとなる加工済みグリーンシートを作製した。前記配線層のうち絶縁層311dに形成されたものの一部が接続端子305となり、前記配線層のうち絶縁層311fに形成されたものの一部が外部電極端子307となる。
Example 2
Sample No. within the scope of the present invention. A green sheet having a thickness of 300 μm was formed in the same manner as in Example 1 using 11 light reflector material H. The obtained green sheet is punched to form through-holes, filled with a conductive paste which is copper as a main component and becomes a through-
またこれとは別に、得られた前記グリーンシートにパンチングにてキャビティを形成するための貫通穴を同様にパンチングにて形成し、絶縁層311a〜311cとなる加工済みグリーンシートを作製した。
Separately from this, through holes for forming cavities by punching were similarly formed in the obtained green sheet by punching to produce processed green sheets to be the insulating
得られた加工済のグリーンシートを位置あわせして熱圧着法にて積層し、キャビティ構
造を有する積層体を得た。
The obtained processed green sheets were aligned and laminated by a thermocompression bonding method to obtain a laminate having a cavity structure.
得られた、積層体を水蒸気含有窒素雰囲気中にて、700℃にて脱有機バインダー処理を施した後、900℃、1hr、水蒸気含有窒素雰囲気中にて焼成することにより、本発明の光反射体であるガラスセラミックスを絶縁基体とし、低抵抗の銅を主成分とする配線層を有し、絶縁層311a〜311cの厚みが0.6mm、絶縁層311d〜311fの厚みが0.6mmの発光素子搭載用配線基板313を得た。
The obtained laminate is subjected to a deorganic binder treatment at 700 ° C. in a steam-containing nitrogen atmosphere, and then fired in a steam-containing nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 1 hour. A light emitting device having a glass ceramic body as an insulating base, a wiring layer mainly composed of low-resistance copper, the insulating
さらに、外部電極端子307、接続端子305上に、Ni−Auめっきを施した後、さらに銀めっきを施した。
Further, after Ni—Au plating was performed on the
銀めっきを施した、発光素子搭載用配線基板313上に接着剤329としてエポキシ樹脂を使用し、発光素子321として黄色LEDチップを用いて、発光素子搭載用配線基板313上に黄色LEDチップを位置あわせして載置し、熱処理を施すことによりエポキシ樹脂を硬化することにより、LEDチップを発光素子搭載用配線基板313上に実装した。
The silver LED plated epoxy resin is used as the adhesive 329 on the light emitting element mounting
続いて、Auワイヤを用いたボンディングワイヤ323により、接続端子305と発光素子321とを電気的に接続し、その上から、黄色光を白色光に変換する蛍光体を充填し白色に発光するLED装置である発光装置327を得た。
Subsequently, the connection terminal 305 and the
得られた白色LED装置は、低抵抗の金属を配線層に使用しているため電力損失が小さく、かつ、可視光全域に渡って高い反射率を有することから、良好な白色光を発光した。 Since the obtained white LED device uses a low-resistance metal for the wiring layer, the power loss is small, and the white LED device emits good white light because it has a high reflectance over the entire visible light region.
1、11・・・ガラスセラミックス
3、13・・・ガラス
5、7、15、17・・・セラミック粒子
19・・・異方性セラミック粒子
101a〜101c・・・絶縁層
311a〜f・・・光反射体からなる絶縁層
103、303・・・絶縁基体
105、305・・・接続端子
107、307・・・外部電極端子
109、309・・・貫通導体
111・・・光反射体
113、213、313・・・発光素子搭載用配線基板
115、315・・・発光素子搭載部
121、221、321・・・発光素子
123、223、323・・・ボンディングワイヤ
127、227、327・・・発光装置
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