JP2012033781A - 発光素子搭載用基板および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２ワイヤタイプの発光素子を複数個、電気的に並列接続するように搭載するためのＬＴＣＣ基板であり、発光装置とした場合の光取り出し効率が向上できる発光素子搭載用基板と、それを用いた光取り出し効率に優れ発光輝度の高い発光装置を提供する。
【解決手段】ガラスセラミックス組成物の焼結体からなり、発光素子の搭載部を含む搭載面を有する基板本体と、前記基板本体の搭載面に各発光素子が有する一対の電極とワイヤボンディングにより接続されるように設けられた配線導体層を有し、複数の発光素子の搭載部の面積の総計が、搭載面における搭載可能領域の面積の１０〜３５％であり、かつ相対外部量子効率が９０以上である発光素子搭載用基板を提供する。なお、相対外部量子効率は、搭載可能領域に配線導体層の形成部を加えた搭載全体領域を反射率９５％の銀反射膜で覆った場合の外部量子効率を１００としたときの相対値である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子搭載用基板およびこれを用いた発光装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や大型液晶ＴＶのバックライト等としてＬＥＤ素子を用いた発光装置が使用されている。しかし、ＬＥＤ素子の高輝度化に伴って発熱量が増加しているため、ＬＥＤ素子等の発光素子を搭載するための基板として、発光素子から発生する熱を速やかに放散し、十分な発光輝度を得られるものが求められている。

従来から、発光素子搭載用基板として、例えばアルミナ基板が用いられている。また、アルミナ基板は、反射率が低く熱伝導率も高くないことから、より高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板の使用も検討されている。しかし、窒化アルミニウム基板は、原料コストが高く、また難焼結性であることから高温焼成が必要となり、プロセスコストが高くなりやすい。さらに、窒化アルミニウム基板は、熱膨張係数が小さいため、汎用品であるプリント基板に実装した場合、熱膨張率の差により十分な接続信頼性を得られないことがあった。

このような問題を解決するために、発光素子搭載用基板として低温同時焼成セラミックス基板（以下、ＬＴＣＣ基板という）の使用が検討されている。ＬＴＣＣ基板は、ガラスとアルミナ粉末のようなセラミックス粉末との組成物の焼結体からなり、ガラスとセラミックスとの屈折率差が大きく、光の入射方向に面する両者の界面の占める割合が多く、かつセラミックス粉末の粒径（厚み）が使用波長より大きいことから、高い反射率が得られるため、発光素子からの光を効率よく利用し、結果として発熱量を低減できる。また、光源による劣化の少ない無機酸化物からなるため、長期間に亘って色調が安定する。

ＬＴＣＣ基板は、発光素子搭載用基板として上記のように高い反射率を有することを特徴の一つとするが、さらに発光素子が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、ＬＴＣＣ基板等の基板の表面に銀反射膜が形成されている。そして、銀反射膜の酸化や硫化による反射率低下を防止するため、銀反射膜表面にガラス等からなる保護層（オーバーコートガラス層）を設ける試みがなされている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載された構造では、光取り出し効率の点で十分ではなかった。すなわち、ＬＴＣＣ基板等の上に銀反射膜を設ける場合、銀反射膜の面積はできるだけ大きいほうが光取り出し効率が高くなるが、ＬＴＣＣ基板等に通常搭載されるワイヤボンディングタイプの発光素子は、基板の搭載面上に配線導体層を必要とし、この配線導体層と銀反射膜との絶縁を確保するためのギャップを設ける必要がある。

しかし、この絶縁のために形成されるギャップからは、ＬＴＣＣ基板内に光が入射し、入射した光のほとんどが基板内を拡散反射して再放射が困難となることから、ギャップの存在が基板の反射率の低下をまねくという問題があった。

特に、複数の発光素子を搭載する場合には、高電圧化を防止するために電気的に並列に接続されるが、そのような発光素子搭載用基板においては、一対の電極がともにワイヤボンディングにより接続される形態（以下、必要に応じて「２ワイヤタイプ」という。）の発光素子のそれぞれについて、搭載面上にワイヤボンディングのための一対の配線導体層（電極）を必要とすることから、十分な光取り出し効率が得られなかった。すなわち、配線導体層には、通常、ワイヤボンディング性を良好にしたり腐食を防止する目的で、金メッキ処理されているため、配線導体層の面積が大きいと金による光の吸収が大きくなり、十分な光の取り出し効率が得られない。加えて、その配線導体層が例えば発光強度が比較的大きい発光素子間に設けられた場合、この領域に反射効率が高い銀反射膜の形成ができなくなるばかりでなく、前記のように、銀反射膜と配線導体層とのギャップから光が逃げてしまうため、十分な光の取り出し効率が得られないという問題があった。

また、銀反射膜上に形成されるオーバーコートガラス層のような保護層が、配線導体層（電極）上を覆うことがないように、配線導体層と保護層との間にも一定の距離（ギャップ）を設けなければならない。その結果、銀反射膜の面積はさらに小さくなり、反射率が低下したり、あるいは発光素子の搭載可能な領域が狭くなるという問題があった。

例えば、一般的なサイズである外径５ｍｍ×５ｍｍの発光素子搭載用基板において、基板の搭載面全体から枠体形成部や配線導体層の形成部を除いた発光素子が搭載可能な領域（以下、搭載可能領域と示す。）の面積は１５ｍｍ^２程度であるが、２ワイヤタイプの発光素子を並列接続で搭載する場合に、実際に発光素子が搭載される搭載部の総面積は、前記搭載可能領域の１０％以下であった。搭載部の総面積が１０％を超えるように多くの発光素子を搭載しようとすると、配線導体層（電極）と銀反射膜との間のギャップ箇所が多くなってそこからの光漏れが大きくなり、光取り出し効率が大きく低下した。また、銀反射膜上に保護膜を形成した場合の平坦な領域が狭くなるため、平坦性が不十分な領域にも発光素子を搭載することになり、放熱性の低下が生じていた。

特開２００９−２３１４４０号公報 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、２ワイヤタイプの発光素子を複数個、電気的に並列接続するように搭載するためのＬＴＣＣ基板であり、発光装置とした場合の光取り出し効率の向上を可能とする発光素子搭載用基板と、それを用いた光取り出し効率に優れ発光輝度の高い発光装置の提供を目的とする。

本発明の発光素子搭載用基板は、一対の電極がともにワイヤボンディングにより基板に接続される形態の発光素子を、複数個、電気的に並列接続するように搭載するための発光素子搭載用基板であって、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の焼結体からなり、前記発光素子が搭載される搭載部を含む搭載面を有する基板本体と、前記基板本体の搭載面に、前記各発光素子が有する一対の電極のそれぞれとワイヤボンディングにより接続されるように設けられた配線導体層とを有し、前記複数の発光素子の搭載部の面積の総計が、前記搭載面において発光素子が搭載可能な領域の面積の１０〜３５％であり、かつ相対外部量子効率が、前記搭載可能な領域に前記配線導体層の形成部を加えた搭載全体領域を反射率９５％の銀反射膜で覆った場合の外部量子効率を１００とした値で、９０以上であ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、前記配線導体層は、前記搭載全体領域の中央部に配設された第１の電極と、前記搭載全体領域の周辺部に配設された、前記発光素子の個数と同数の第２の電極を有することができる。そして、前記搭載全体領域が略円形（目視レベルで円形との意味。以下同様。）であり、前記第２の電極は、該搭載全体領域の中央部に配設された前記第１の電極を囲む円周上に略等間隔（目視レベルで等間隔との意味。以下同様。）で配設された構成とすることが、光取り出し効率を向上させる観点から好ましい。さらに、前記基板本体は、ガラス粉末と、アルミナ粉末およびアルミナよりも高い屈折率を有するセラミックスの粉末を含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなることが好ましい。

また、本発明は、上記本発明の発光素子搭載用基板と、前記発光素子搭載用基板の前記搭載部に搭載され、一対の電極がともにワイヤボンディングにより前記配線導体層に接続された複数個の発光素子を備えたことを特徴とする発光装置を提供する。

本発明によれば、２ワイヤタイプの発光素子を複数個、電気的に並列接続するように搭載するための基板において、発光素子の搭載部の面積の総計が、搭載全体領域から配線導体層の形成部を除いた搭載可能領域の面積の１０〜３５％であり、かつ相対外部量子効率が９０以上（搭載全体領域を全て反射率９５％の銀反射膜で覆った場合の外部量子効率を１００とする。）と、極めて高くなるように構成されているので、光取り出し効率の低下を生じさせることなく多くの発光素子を搭載可能な発光素子搭載用基板を提供できる。また、この発光素子搭載用基板を用いることで、光取り出し効率に優れ発光輝度の高い発光装置を提供できる。

本発明の発光素子搭載用基板の一実施形態を搭載面（上面）側から見た平面図である。 本発明の発光素子搭載用基板の一実施形態を非搭載面（下面）側から見た平面図である。 図１に示す発光素子搭載用基板をＸ−Ｘ’線で切断した断面図である。 本発明の発光装置の一実施形態を上面側から見た平面図である。 図４に示す発光装置をＹ−Ｙ’線で切断した断面図である。 本発明の発光素子搭載用基板の製造に使用される上層用グリーンシートを上面側から見た平面図である。 本発明の発光素子搭載用基板の製造に使用される内層用グリーンシートを上面側から見た平面図である。 本発明の発光素子搭載用基板の製造に使用される下層用グリーンシートを上面側から見た平面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の発光素子搭載用基板は、２ワイヤタイプの発光素子を複数個、電気的に並列接続するように搭載するための発光素子搭載用基板であって、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の焼結体からなり、部分的に発光素子が搭載される搭載部となる搭載面を有する基板本体と、その基板本体の搭載面に、前記各発光素子が有する一対の電極のそれぞれとワイヤボンディングにより接続されるように設けられた配線導体層を備えている。

そして、前記複数の発光素子が搭載される搭載部の面積の総計（以下、搭載部総面積とも略す。）が、搭載面における搭載可能領域（搭載全体領域から配線導体層の形成部を除いた領域）の面積の１０〜３５％であり、かつ相対外部量子効率が９０以上となるように構成されている。前記搭載部総面積が前記搭載可能領域の面積（以下、搭載可能領域面積とも略す。）の１０〜３０％であり、かつ相対外部量子効率が９５以上となるように構成すると好ましい。前記搭載部総面積が前記搭載可能領域面積の２３〜２８％であり、かつ相対外部量子効率が９５以上となるように構成するとさらに好ましい。

なお、外部量子効率は、発光素子に注入された電気エネルギーのうちで外部に取り出される光エネルギーの割合をいうものとする。本発明の発光素子搭載用基板における相対外部量子効率（９０以上）は、搭載全体領域の全体を反射率９５％の銀反射膜で覆った場合の外部量子効率（以下、基準外部量子効率という。）を１００としたときの相対値である。また、この発光素子搭載用基板に搭載される発光素子の数は２個以上であるが、５〜８個の発光素子を搭載することが好ましい。より好ましい発光素子の数は８個である。すなわち、発光素子の数を８個とし、前記搭載部総面積を搭載可能領域面積の３５％まで高めても、９０以上という高い相対外部量子効率を実現できる。

ここで、基板の搭載面全体から枠体等の形成領域を除いた領域を、本明細書では搭載全体領域と示す。そして、搭載可能領域とは、基板本体の搭載面上で半導体素子の搭載が可能な領域を示し、前記搭載全体領域から配線導体層の形成部を除いた領域である。すなわち本明細書では、搭載可能領域に配線導体層の形成部を加えた領域が搭載全体領域となる。

本発明によれば、２ワイヤタイプの発光素子の複数個を電気的に並列に接続するように搭載するための発光素子搭載用基板において、発光素子の搭載部の面積の総計が搭載可能領域の面積の１０〜３５％であり、かつ相対外部量子効率が９０以上（基準外部量子効率を１００とする）と極めて高くなるように構成されているので、この基板を使用することで、光取り出し効率が良好で発光輝度の高い発光装置が得られる。すなわち、この発光素子搭載用基板上に複数（例えば８個）の発光素子を搭載するなどして、発光素子の搭載部の総面積を搭載可能領域の面積の３５％まで高めた場合でも、高い光取り出し効率を確保できるので、発光輝度の高い発光装置を提供できる。

以下、本発明の発光素子搭載用基板が好ましく適用される、２ワイヤタイプの発光素子を８個電気的に並列接続するように搭載するための発光素子搭載用基板の一実施形態を、図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の発光素子搭載用基板の一実施形態を上面（搭載面）側から見た平面図であり、図２は下面（非搭載面）側から見た平面図である。また、図３は、図１の発光素子搭載用基板をＸ−Ｘ’線で切断した断面図である。

この発光素子搭載用基板１は、平面形状が例えば５ｍｍ×５ｍｍの正方形で略平板状（例えば厚さ０．５ｍｍ）の基板本体２を有している。なお、本明細書において、略平板状とは、目視レベルで平板状との意味で以下同様である。基板本体２は、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の焼結体からなり、上面（搭載面）に、例えば最狭部の幅が０．３ｍｍで高さが０．５ｍｍの枠体３が形成されている。そして、この枠体３により平面形状が円形のキャビティが形成されており、キャビティの底面は、発光素子の搭載される搭載面となっている。なお、発光素子の搭載面である、枠体３により囲まれた円形の領域を、搭載全体領域２１と示す。

本実施形態において、基板本体２の形状は、２ワイヤタイプの発光素子を８個、電気的に並列接続するように搭載するために、平面形状が正方形で略平板状となっているが、本発明において、基板本体２の形状、厚さ、大きさ等は特に制限されず、搭載する発光素子の個数や配置の方法等、発光装置の設計に合わせて変更できる。また、基板本体２を構成するガラスセラミックス組成物の焼結体の原料組成、焼結条件等については、後述する発光素子搭載用基板の製造方法において説明する。基板本体２は、発光素子の搭載時やその後の使用時における損傷等を抑制する観点から、抗折強度が例えば２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。

基板本体２の搭載全体領域２１には、発光素子と電気的に接続される配線導体層４が設けられている。配線導体層４は、搭載全体領域２１の中央に配設された、１個のアノード側またはカソード側電極（第１の電極）４１と、搭載全体領域２１の周辺部に配設された、第１の電極と反対極側の複数の電極（第２の電極）４２を有する。第２の電極４２としては、搭載される発光素子と同数の８個の電極が、それぞれ第１の電極４１を囲む円周上に略等間隔で配設されている。なお、前記したように、基板本体２の搭載全体領域２１から、このような配線導体層４（第１の電極４１および第２の電極４２）の形成部を除いた領域が、発光素子の搭載可能領域となる。

そして、基板本体２の搭載可能領域においては、８個の発光素子が実際に搭載される部分である８個の正方形状の搭載部５が、第１の電極４１と第２の電極４２グループとの間の円環状の領域に、発光素子の一辺を基板本体２の一辺と平行に揃え、略等間隔で配設されている。そして、これら８個の搭載部５の面積の総計は、前記搭載全体領域２１から配線導体層４の形成部を除いた搭載可能領域面積の１０〜３５％となっており、かつ相対外部量子効率は、前記基準外部量子効率を１００とした相対値で９０以上となっている。

本実施形態において、搭載全体領域２１に配設された配線導体層４のうちで第２の電極４２の個数は、搭載される発光素子の個数と同数の８個であるが、これは必要最小限の個数であり、それ以外に必要とする電極等があれば、必要に応じて配線導体層４を形成できる。また、配線導体層４の構成材料は、通常の発光素子搭載用基板に用いられる配線導体層と同様のものであれば特に制限されない。具体的には、後述する製造方法において説明する。配線導体層４の厚さは、５〜１５μｍとすることが好ましい。

基板本体２の他方の面は、発光素子の搭載されない非搭載面２２とされており、この非搭載面２２には、一対（アノード側およびカソード側）の外部電極端子６が設けられている。これらの外部電極端子６は、それぞれ基板本体２の内部等に形成された接続ビア７を介して、基板本体２の搭載面に設けられた第１の電極４１および第２の電極４２と電気的に接続されている。

外部電極端子６および接続ビア７の形状や構成材料としては、通常発光素子搭載用基板に用いられるものと同様のものであれば特に制限なく使用できる。また、外部電極端子６および接続ビア７の配置については、これらと配線導体層４（第１の電極４１および第２の電極４２）を介して、搭載される８個の発光素子が電気的に並列接続されるように配置されていればよい。後述する基板の製造方法の項で具体的に説明する。

また、本実施形態においては、熱抵抗を低減するために、基板本体２の内部にサーマルビア８および放熱層９が埋設されている。サーマルビア８は、例えば発光素子の搭載部５より小さい柱状のものであり、非搭載面２２から内部に埋設された放熱層９にかけて配設することが好ましい。このような配置とすることで、搭載全体領域２１、特に搭載部５の平坦度の向上ができ、熱抵抗を低減し、また発光素子を搭載したときの傾きも抑制できる。サーマルビア８と放熱層９の形状や配置については、後述する基板の製造方法の項で具体的に説明する。

以上、本発明の発光素子搭載用基板１の実施形態について一例を挙げて説明したが、本発明の発光素子搭載用基板はこれに限定されるものではない。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できる。

次に、本発明の発光素子搭載用基板を有する発光素子装置の好ましい実施形態を、図面に基づいて説明する。ただし、本発明の発光装置はこれに限定されるものではない。図４は、本発明の発光装置の一実施形態を上面側から見た平面図であり、図５は、図４の発光装置をＹ−Ｙ’線で切断した断面図である。なお、図４では、樹脂封止層を除いた状態を示すものとする。

本発明の発光装置１０は、上記した本発明の発光素子搭載用基板１と、該発光素子搭載用基板１の前記搭載部５に搭載され、かつ一対の電極がそれぞれ所定の配線導体層４（第１の電極４１および第２の電極４２）にワイヤボンディングされて並列に接続された２ワイヤタイプの８個の発光素子（例えば、ＬＥＤ素子）１１を備えている。

本発明の発光装置１０において、８個の発光素子１１は、全て下面が同サイズの正方形である直方体の発光素子であり、発光素子搭載用基板１の前記した８個の搭載部５にそれぞれ配置され、接着剤（図示せず）を用いて搭載部５に固定されている。すなわち、８個の発光素子１１は、各発光素子１１の下面の長辺が発光素子搭載用基板１の１辺と平行になるように向きを揃えて搭載されている。

そして、各発光素子１１の電極（図示せず）の一方が、発光素子搭載用基板１の搭載全体領域２１の中央に位置する第２の電極４２に、ボンディングワイヤ１２によって接続されており、他方の電極が８個の第２の電極４２グループのうちで最も近い電極に、ボンディングワイヤ１２によって接続されている。８個の発光素子１１の８対１６個の電極を接続する１６本のボンディングワイヤ１２は、互いに交差しないように配置されている。さらに、これらの発光素子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が設けられている。

本発明の発光装置１０における発光素子１１の配置は、発光素子搭載用基板１における搭載部５の配置に対応する。そして、これらの配置は、少なくとも発光素子１１の電極と発光素子搭載用基板１の配線導体層４（第１の電極４１および第２の電極４２）を接続した際に、ボンディングワイヤ１２が交差しない配置であればよく、図４に示す配置に限定されない。

本発明の発光装置１０によれば、基準外部量子効率を１００としたときの相対外部量子効率が９０以上になるように構成された基板が、発光素子搭載用基板１として使用されているので、光取り出し効率が良好であり、高輝度の発光ができる。このような発光装置１０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使用できる。

上記構成上の特徴を有する本発明の発光素子搭載用基板１の製造においては、発光素子搭載用ＬＴＣＣ基板に通常用いられる材料および製造方法が適用できる。また、本発明の発光装置１０についても、本発明の発光素子搭載用基板１を用いる以外は、通常の部材を用いて通常の方法で製造できる。

以下に、２ワイヤタイプの発光素子を８個、電気的に並列接続するように搭載するための、図１〜図３に示される基板を製造する方法を例にして、本発明の発光素子搭載用基板の製造方法を説明する。

図１〜図３に示す発光素子搭載用基板１は、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の各工程を含む製造方法により製造できる。なお、以下の説明では、その製造に用いる部材について、完成品の部材と同一の符号を付して説明する。

（Ａ）本体用グリーンシート作製工程
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を用いて、発光素子搭載用基板の基板本体を形成するためのグリーンシート（本体用グリーンシート）等を作製する。なお、後述するように、本体用グリーンシートは、上層を形成するための上層用グリーンシート、内層を形成するための内層用グリーンシート、下層を形成するための下層用グリーンシートを含む。この工程では、枠体を形成するために枠体用グリーンシートの作製も行われる。

（Ｂ）導体ペースト層形成工程
各本体用グリーンシートの所定の位置に導体ペースト層を形成することにより、未焼成配線導体層、未焼成外部電極端子、未焼成接続ビア、未焼成サーマルビア、未焼成放熱層等をそれぞれ形成する。

（Ｃ）積層工程
本体用グリーンシートに導体ペースト層が形成されて得られた複数枚の未焼成本体部材（以下、導体ペースト層付きグリーンシートともいう。）等を重ね合わせ、熱圧着により一体化して未焼成基板を得る。

（Ｄ）焼成工程
前記未焼成基板を８００〜９３０℃で焼成する。

以下、各工程についてさらに説明する。

（Ａ）本体用グリーンシート作製工程
本体用グリーンシートは、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、分散剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させることで製造できる。また、こうして作製されたグリーンシートを、所定の形状に加工することにより、枠体用グリーンシートが得られる。

本体用グリーンシートを作製するためのガラス粉末としては、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℃未満の場合には、脱脂が困難となるおそれがあり、７００℃を超える場合には、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。

また、このガラス粉末は、８００℃以上９３０℃以下で焼成したときに結晶が析出するものであることが好ましい。結晶が析出しないものの場合、十分な機械的強度を得ることができないおそれがある。さらに、ＤＴＡ（示差熱分析）により測定される結晶化ピーク温度（Ｔｃ）が８８０℃以下のものが好ましい。結晶化ピーク温度（Ｔｃ）が８８０℃を超える場合、寸法精度が低下するおそれがある。

このようなガラス粉末としては、例えばＳｉＯ_２を５７ｍｏｌ％以上６５ｍｏｌ％以下、Ｂ_２Ｏ_３を１３ｍｏｌ％以上１８ｍｏｌ％以下、ＣａＯを９ｍｏｌ％以上２３ｍｏｌ％以下、Ａｌ_２Ｏ_３を３ｍｏｌ％以上８ｍｏｌ％以下、Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれる少なくとも一方を合計で０．５ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％以下含有するものが好ましい。このようなものを用いることで、基板本体２の表面平坦度を向上させることが容易となる。

ここで、ＳｉＯ_２は、ガラスのネットワークフォーマとなるものである。ＳｉＯ_２の含有量が５７ｍｏｌ％未満の場合、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。一方、ＳｉＯ_２の含有量が６５ｍｏｌ％を超える場合には、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは５８ｍｏｌ％以上、より好ましくは５９ｍｏｌ％以上、特に好ましくは６０ｍｏｌ％以上である。また、ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは６４ｍｏｌ％以下、より好ましくは６３ｍｏｌ％以下である。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスのネットワークフォーマとなるものである。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が１３ｍｏｌ％未満の場合、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が１８ｍｏｌ％を超える場合、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。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１４ｍｏｌ％以上、より好ましくは１５ｍｏｌ％以上である。また、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１７ｍｏｌ％以下、より好ましくは１６ｍｏｌ％以下である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの安定性、化学的耐久性、および強度を高めるために添加される。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が３ｍｏｌ％未満の場合、ガラスが不安定となるおそれがある。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が８ｍｏｌ％を超える場合、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは４ｍｏｌ％以上、より好ましくは５ｍｏｌ％以上である。また、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは７ｍｏｌ％以下、より好ましくは６ｍｏｌ％以下である。

ＣａＯは、ガラスの安定性や結晶の析出性を高めると共に、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）を低下させるために添加される。ＣａＯの含有量が９ｍｏｌ％未満の場合、ガラス溶融温度が過度に高くなるおそれがある。一方、ＣａＯの含有量が２３ｍｏｌ％を超える場合、ガラスが不安定となるおそれがある。ＣａＯの含有量は、好ましくは１２ｍｏｌ％以上、より好ましくは１３ｍｏｌ％以上、特に好ましくは１４ｍｏｌ％以上である。また、ＣａＯの含有量は、好ましくは２２ｍｏｌ％以下、より好ましくは２１ｍｏｌ％以下、特に好ましくは２０ｍｏｌ％以下である。

Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏは、ガラス転移点（Ｔｇ）を低下させるために添加される。Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量が０．５ｍｏｌ％未満の場合、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）が過度に高くなるおそれがある。一方、Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量が６ｍｏｌ％を超える場合、化学的耐久性、特に耐酸性が低下するおそれがあり、電気的絶縁性も低下するおそれがある。Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量は、０．８ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。

なお、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（Ｔｇ）等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有することができる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。

ガラス粉末は、上記したような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して得られる。湿式粉砕法の場合、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。粉砕機としては、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等が挙げられる。

ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ_５０）は０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。ガラス粉末の５０％粒径が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になるばかりでなく、均一分散が困難になる。一方、ガラス粉末の５０％粒径が２μｍを超える場合には、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。粒径は、例えば粉砕後に必要に応じて分級して調整してもよい。なお、本明細書において、粒径はレーザ回折・散乱法による粒子径測定装置により得られる値をいう。

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が使用でき、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等を好適に使用できる。特に、アルミナ粉末とともに、アルミナよりも高い屈折率を有するセラミックスの粉末（以下、高屈折率フィラーと示す。）を使用することが好ましい。

高屈折率フィラーは、焼結体（基板）の反射率を向上させるための成分であり、例えばチタニアフィラー、ジルコニアフィラー、安定化ジルコニアフィラー等が挙げられる。アルミナフィラーの屈折率が１．８程度であるのに対して、チタニアフィラーの屈折率は２．７程度、ジルコニアフィラーの屈折率は２．２程度であり、アルミナフィラーに比べて高い屈折率を有している。これらのセラミックスフィラーの５０％粒径（Ｄ_５０）は、０．５μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。

このような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が得られる。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、分散剤、溶剤等を添加することによりスラリーが得られる。

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使用できる。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使用できる。溶剤としては、トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノール等の有機溶剤を好適に使用できる。

このようにして得られた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、乾燥させて、３枚の本体用グリーンシート（上層用グリーンシート、下層用グリーンシートおよび内層用グリーンシート）を作製する。また、同様にして製造されたグリーンシートを、所定の形状に加工することにより、枠体用グリーンシートを作製する。

（Ｂ）導体ペースト層形成工程
前記工程で作製された本体用グリーンシートの表面および内部に、配線導体層、外部電極端子、接続ビア、サーマルビア、放熱層等を形成するための導体ペースト層を形成する。すなわち、図６に示すように、上層用グリーンシート２３において、素子搭載面に相当する搭載全体領域２１の中央に、円形の第１の電極用導体ペースト層４１を形成する。

また、この第１の電極用導体ペースト層４１を囲むようにリング状の連結用導体ペースト層４３を形成するとともに、８個の第２の電極用導体ペースト層４２を、連結用導体ペースト層４３から内側に延出するように等間隔で形成する。さらに、第１の電極用導体ペースト層４１の中心部、および連結用導体ペースト層４３の所定の位置に、接続ビア用の導体ペースト層７を上層用グリーンシート２３を貫通して形成する。

また、図７に示すように、内層用グリーンシート２４においては、その上面に、放熱層用導体ペースト層９を形成するとともに、このグリーンシートを貫通するように、複数の接続ビア用導体ペースト層７と複数のサーマルビア用導体ペースト層８を形成する。

さらに、図８に示すように、下層用グリーンシート２５を貫通するように、複数の接続ビア用導体ペースト層７と複数のサーマルビア用導体ペースト層８を形成するとともに、下層用グリーンシート２５の下面に、外部電極端子用の導体ペースト層６を形成する。なお、各グリーンシートには、多数の発光装置に対応する多数の領域が形成され、これらが最終の焼成工程の後に分割されるが、図６〜図８では、１個の発光装置に対応する一つ発光素子搭載用基板を形成するための領域を示すものとする。

第１および第２の電極用導体ペースト層４１、４２、連結用導体ペースト層４３、接続ビア用導体ペースト層７、放熱層用導体ペースト層９、サーマルビア用導体ペースト層８、および外部電極端子用導体ペースト層６の形成方法としては、導体ペーストをスクリーン印刷により塗布、充填する方法が挙げられる。形成されるこれらの導体ペースト層の膜厚は、最終的に得られる第１および第２の電極、連結配線、接続ビア、放熱層、サーマルビアおよび外部電極端子の膜厚が所定の膜厚となるように調整される。

導体ペーストとしては、例えば銅、銀、金等を主成分とする金属の粉末に、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てペースト状としたものを使用できる。なお、上記金属粉末としては、銀粉末、銀と白金またはパラジウムからなる金属粉末が好ましく用いられる。

（Ｃ）積層工程
前記工程で得られた導体ペースト層付きグリーンシート（未焼成本体部材）を所定の順で重ね合わせ、さらに上層用グリーンシート２３の上に枠体用グリーンシートを重ねた後、熱圧着により一体化する。こうして、未焼成基板が得られる。

（Ｄ）焼成工程
上記工程で得られた未焼成基板について、必要に応じてバインダー等を脱脂後、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成を行って発光素子搭載用基板１とできる。

例えば５００℃以上６００℃以下の温度で１時間以上１０時間以下保持する条件で、脱脂できる。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できないおそれがある。一方、脱脂温度は６００℃程度、脱脂時間は１０時間程度とすれば、バインダー等を十分に除去でき、これを超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。

また、焼成は、基体本体２の緻密な構造の獲得と生産性を考慮して、８００℃〜９３０℃の温度範囲で適宜時間を調整できる。具体的には、８５０℃以上９００℃以下の温度で２０分以上６０分以下保持することが好ましく、特に８６０℃以上８８０℃以下の温度が好ましい。焼成温度が８００℃未満では、基体本体２が緻密な構造のものとして得られないおそれがある。一方、焼成温度は９３０℃を超えると基体本体２が変形するなど生産性等が低下するおそれがある。また、上記導体ペーストとして、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、焼成温度が８８０℃を超えると、過度に軟化するために所定の形状を維持できなくなるおそれがある。

このようにして発光素子搭載用基板１が得られるが、焼成後、必要に応じて搭載面に露出した配線導体層４（第１および第２の電極４１、４２）の表面を被覆するように、Ｎｉ／金メッキ等の、通常発光素子搭載用基板において導体保護用に用いられる導電性保護膜を配設することもできる。

以上、発光素子搭載用基板１の製造方法について説明したが、枠体用グリーンシートは単一のグリーンシートからなる必要はなく、複数枚のグリーンシートを積層したものであってもよい。また、枠体用グリーンシートを除いた本体用グリーンシートの枚数も、必ずしも３枚である必要はなく、２枚あるいは４枚以上であってもよい。さらに、各部の形成順序等については、発光素子搭載用基板１の製造が可能な限度において適宜変更できる。

次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例
以下に示す方法で、図４および図５に示す発光装置を製造した。

まず、発光素子搭載用基板１の基板本体２を作製するための本体用グリーンシート（上層用グリーンシート、下層用グリーンシート、および内層用グリーンシート）を作製した。これらのグリーンシートの作製においては、まず、ＳｉＯ_２が６０．４ｍｏｌ％、Ｂ_２Ｏ_３が１５．６ｍｏｌ％、Ａｌ_２Ｏ_３が６ｍｏｌ％、ＣａＯが１５ｍｏｌ％、Ｋ_２Ｏが１ｍｏｌ％、Ｎａ_２Ｏが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４０時間粉砕して基板本体用ガラス粉末を製造した。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いた。

次いで、このガラス粉末が３８質量％、アルミナフィラー（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ）が３８質量％、ジルコニアフィラー（第一稀元素化学工業社製、商品名：ＨＳＹ−３Ｆ−Ｊ）が２４質量％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製造した。この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）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、乾燥させたグリーンシートを焼成後の厚さが０．５ｍｍになるように積層し、本体用グリーンシートを製造した。また、本体用グリーンシートと同様にして製造されたグリーンシートを、所定の形状に加工することにより枠体用グリーンシートを作製した。

一方、導電性金属粉末（大研化学工業社製、商品名：Ｓ５５０）、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後、磁器乳鉢中で１時間混練し、さらに三本ロールにて３回分散して金属ペースト（導体ペースト）を製造した。

本体用グリーンシートのうちの１枚（上層用グリーンシート２３）の上面に、前記導体ペーストを図６に示すパターンでスクリーン印刷することにより、第１の電極用、第２の電極用および連結用の各導体ペースト層４１，４２，４３を形成するとともに、接続ビアに相当する部分に孔空け機を用いて直径０．１５ｍｍの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により導体ペーストを充填して接続ビア用導体ペースト層７を形成した。

また、内層用グリーンシート２４の上面に、導体ペーストを図７に示すパターンでスクリーン印刷することにより、放熱層用の導体ペースト層９を形成するとともに、サーマルビア並びに接続ビアに相当する部分に孔空け機を用いて直径０．２ｍｍおよび直径０．１５ｍｍの貫通孔をそれぞれ形成し、スクリーン印刷法により導体ペーストを充填してサーマルビア用導体ペースト層８および接続ビア用導体ペースト層７を形成した。

さらに、下層用グリーンシート２５の下面に、導体ペーストを図８に示すパターンでスクリーン印刷することにより、外部電極端子用の導体ペースト層６を形成するとともに、サーマルビア並びに接続ビアに相当する部分に孔空け機を用いて直径０．２ｍｍおよび直径０．１５ｍｍの貫通孔をそれぞれ形成し、スクリーン印刷法により導体ペーストを充填してサーマルビア用導体ペースト層８および接続ビア用導体ペースト層６を形成した。

なお、各導体ペースト層は、焼成して得られる発光素子搭載用基板１に、８個の２ワイヤタイプのＬＥＤ素子のような発光素子が搭載されワイヤボンディングにより電気的に接続された場合に、これらの素子が電気的に並列に接続されるように形成されていた。また、上層用グリーンシート２３の上面（搭載面）に形成された第１の電極用導体ペースト層４１および第２の電極用導体ペースト層４２は、これらが焼成されて形成される第１の電極４１と第２の電極４２との間の環状の領域に、０．６１ｍｍ×０．６１ｍｍの正方形状の８個の搭載部５を、略等間隔で配設できるように形成されていた。

なお、各搭載部５は０．６１ｍｍ×０．６１ｍｍの正方形状を有するので、８個の搭載部５の面積の総計は２．９８ｍｍ^２となっていた。最終的に得られる発光素子搭載用基板１の搭載可能領域の面積は、後述するように１０．８ｍｍ^２であるので、搭載部５の面積の総計は、搭載可能領域の面積の２８％であった。

次いで、こうして作製された導体ペースト層付き本体用グリーンシート（未焼成本体部材）を所定の順で重ね合わせ、さらに上層用グリーンシートの上に枠体用グリーンシートを、底面が略円形の搭載全体領域２１を構成するキャビティが形成されるように重ねた後、熱圧着により一体化した。こうして、未焼成基板が得られた。

こうして得られた未焼成基板を、５５０℃で５時間保持して脱脂し、さらに８７０℃で３０分間保持して焼成して、発光素子搭載用基板１を製造した。得られた発光素子搭載用基板１は、平面形状が縦５ｍｍ×横５ｍｍの正方形で０．５ｍｍの厚さを有し、枠体３の高さは０．５ｍｍ、基板の辺の中央部の位置での枠体３の幅は０．５ｍｍであった。

そして、枠体３に囲まれたキャビティの底面である搭載全体領域２１の面積は１２．６ｍｍ^２であり、この搭載全体領域２１内に形成された第１の電極４１および第２の電極４２の面積の総計は１．８ｍｍ^２であった。したがって、搭載全体領域２１から第１の電極４１および第２の電極４２を除いた搭載可能領域の面積は１０．８ｍｍ^２となり、前記した８個の搭載部５の総面積２．９８ｍｍ^２は、この搭載可能領域の面積の２８％を占めていた。

次に、上記で作製した発光素子搭載用基板１の８箇所の搭載部５に、それと同形同サイズの２ワイヤタイプのＬＥＤ素子８個を配置し、搭載した。具体的には、８箇所の搭載部５にそれぞれＬＥＤ素子（エピスター社製、商品名：ＥＳ−ＣＥＢＬＶ２４）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、各ＬＥＤ素子が有する一対の電極をボンディングワイヤ１２によってそれぞれ第１の電極４１と第２の電極４２に電気的に接続した。こうして８個のＬＥＤ素子が電気的に並列に接続されるようにした。さらに、封止剤（信越化学工業社製、商品名：ＳＣＲ−１０１６Ａ）を用いて封止層１３を形成した。

こうして得られた発光装置１０について、相対外部量子効率を、搭載全体領域２１の全体を反射率９５％の銀反射膜で覆った以外は実施例と同様に構成された発光装置の外部量子効率（基準外部量子効率）を１００としたときの相対値として求めたところ、９６という極めて高い値が得られた。

なお、外部量子効率は、スペクトラコープ社製ＬＥＤ全光束測定装置ＳＯＬＩＤＬＡＭＢＤＡ・ＣＣＤ・ＬＥＤ・ＭＯＮＩＴＯＲ・ＰＬＵＳを用いて、全光束を測定した。積分球は６インチ、電圧／電流発生器としてはアドバンテスト社製Ｒ６２４３を用いた。またＬＥＤ素子には９６０ｍＡを印加して測定した。

本発明によれば、２ワイヤタイプの発光素子を複数個、電気的に並列接続するように搭載するためのＬＴＣＣ基板において、発光素子の搭載部の面積の総計を搭載可能領域の面積の１０〜３５％とし、かつ相対外部量子効率が９０以上（基準外部量子効率を１００とする。）になるように構成されているので、この基板を使用して発光装置とした場合に、光取り出し効率が良好であり、高輝度に発光させることができる。そして、このような発光素子搭載用基板を用いた本発明の発光装置は、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使用できる。

１…発光素子搭載用基板、２…基板本体、３…枠体、４…配線導体層、５…搭載部、６…外部電極端子、７…接続ビア、８…サーマルビア、９…放熱層、１０…発光装置、１１…発光素子、１２…ボンディングワイヤ、１３…封止層、２１…搭載全体領域、４１…第１の電極、４２…第２の電極。

Claims (5)

1. 一対の電極がともにワイヤボンディングにより基板に接続される形態の発光素子を、複数個、電気的に並列接続するように搭載するための発光素子搭載用基板であって、
   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の焼結体からなり、前記発光素子が搭載される搭載部を含む搭載面を有する基板本体と、
   前記基板本体の搭載面に、前記各発光素子が有する一対の電極のそれぞれとワイヤボンディングにより接続されるように設けられた配線導体層とを有し、
   前記複数の発光素子の搭載部の面積の総計が、前記搭載面において発光素子が搭載可能な領域の面積の１０〜３５％であり、かつ相対外部量子効率が、前記搭載可能な領域に前記配線導体層の形成部を加えた搭載全体領域を反射率９５％の銀反射膜で覆った場合の外部量子効率を１００とした値で、９０以上であることを特徴とする発光素子搭載用基板。
2. 前記配線導体層は、前記搭載全体領域の中央部に配設された第１の電極と、前記搭載全体領域の周辺部に配設された、前記発光素子の個数と同数の第２の電極を有する請求項１記載の発光素子搭載用基板。
3. 前記搭載全体領域は略円形であり、前記第２の電極は、該搭載全体領域の中央部に配設された前記第１の電極を囲む円周上に略等間隔で配設されている請求項２記載の発光素子搭載用基板。
4. 前記基板本体は、ガラス粉末と、アルミナ粉末およびアルミナよりも高い屈折率を有するセラミックスの粉末を含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子搭載用基板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に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前記搭載部に搭載され、一対の電極がともにワイヤボンディングにより前記配線導体層に接続された、複数個の発光素子
   を備えたことを特徴とする発光装置。

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