專利名稱：照明用光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用了 LDE等發(fā)光元件的照明用光源，尤其是涉及一種改善從發(fā) 光元件射出的光的取出效率的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，從對(duì)地球環(huán)境的關(guān)心出發(fā)，提出了將LED等發(fā)光元件應(yīng)用于照明用光源 的技術(shù)。作為用于照明的白色光源，當(dāng)前假定了如下LED模塊，S卩在安裝基板上安裝藍(lán)色 LED,以含有黃色熒光體的硅樹脂覆蓋該藍(lán)色LED。作為安裝LED的安裝基板，一般采用樹脂 基板或陶瓷基板。另外，即使是樹脂基板和陶瓷基板之一，為了將從LED射出的光盡可能取 出到外部，也最好使用基板表面的光反射率高的基板。特許文獻(xiàn)1 特開2003-277479號(hào)公報(bào)
然而，樹脂基板雖然適于照相機(jī)的閃光燈光源等短時(shí)間發(fā)光用途，但不適于照明用光 源等長(zhǎng)時(shí)間發(fā)光用途。作為其理由，舉出樹脂基板的散熱特性差，流過LED的電流受限導(dǎo) 致難以長(zhǎng)時(shí)間高亮度發(fā)光、以及因LED發(fā)熱等影響，基板表面變黃，基板表面的光反射率下 降。另外，陶瓷基板雖然沒有LED發(fā)熱等影響導(dǎo)致的光反射率下降的問題，但是，具有 因?qū)C(jī)械沖擊弱導(dǎo)致處理時(shí)需要加以注意的缺點(diǎn)。另外，盡管陶瓷基板的散熱特性比樹脂 基板的散熱特性高，但很難說對(duì)于象照明用光源那樣長(zhǎng)時(shí)間且高亮度發(fā)光的用途是足夠 的。并且，與樹脂基板相比，成本約需5倍。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好的散熱特性、并能夠維持良好的光取 出效率的照明用光源。本發(fā)明的照明用光源具有安裝基板；安裝在所述安裝基板上的發(fā)光元件；和變 換從所述發(fā)光元件射出的光的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)變換部件，所述安裝基板由包含透光性陶瓷粒子 或高反射陶瓷粒子的陶瓷層覆蓋金屬基板而構(gòu)成。發(fā)明效果
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于以金屬基板為基體材料，故能夠得到良好的散熱特性。并且，在金 屬基板上覆蓋了包含透光性陶瓷粒子或高反射陶瓷粒子的陶瓷層，該陶瓷層用作光的反射 層。因此，不會(huì)因發(fā)光元件的發(fā)熱等影響而使基板表面變黃、光反射率下降，能夠維持良好 的光取出效率。并且，通過在金屬基板上覆蓋陶瓷層，由此，能夠確保絕緣性，并且成本與陶 瓷基板相比也降低至約1/5。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的照明用光源的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式的LED模塊的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖3是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的安裝基板的一部分進(jìn)行放大后示意性地示出的截面 圖。圖4是表示不同反射材料材質(zhì)(氧化鋁)的光譜反射率的曲線。圖5是表示不同反射材料材質(zhì)(白抗蝕劑)的光譜反射率的曲線。圖6是表示不同反射材料材質(zhì)(BT基板)的光譜反射率的曲線。圖7是表示不同反射材料材質(zhì)(Al表面無粗糙)的光譜反射率的曲線。圖8是表示不同反射材料材質(zhì)(Al表面有粗糙)的光譜反射率的曲線。圖9是表示不同反射材料材質(zhì)(Ag電鍍，Cu-Ni-Ag)的光譜反射率的曲線。圖10是表示不同反射材料材質(zhì)(Ag電鍍，Cu- Ag)的光譜反射率的曲線。圖11是表示不同反射材料材質(zhì)(Au電鍍)的光譜反射率的曲線。圖12是表示不同反射材料材質(zhì)初期時(shí)及熱惡化后的光譜反射率的曲線。圖13是表示本發(fā)明第1變形例的LED模塊的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖14是表示本發(fā)明第2變形例的LED模塊的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖15是表示本發(fā)明第3變形例的LED模塊的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖16是表示本發(fā)明第4變形例的LED模塊的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是A_A截面圖，(b)是 從背面看LED模塊的圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖詳細(xì)說明實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。< 結(jié)構(gòu) >圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的照明用光源的結(jié)構(gòu)圖。在本實(shí)施方式中，以代替具有E 型燈頭的燈泡的照明用光源為例進(jìn)行說明。照明用光源1具有突出設(shè)置了 E型燈頭15的殼體11 ；容納在殼體11內(nèi)的電源 電路12 ；固定在殼體11上的散熱片16 ；配置在散熱片16的上表面的安裝基板21 ；安裝在 安裝基板21上表面的發(fā)光部22 ；固定在散熱片16上并覆蓋安裝基板21的上方的球狀物 17。電源電路12在印刷布線板13上安裝了各種電子部件14，具有將通過E型燈頭15供給 的商用電供給發(fā)光部22的功能。電源電路12及發(fā)光部22例如通過導(dǎo)入到散熱片16中的 貫通孔的布線而進(jìn)行電連接。散熱片16例如是對(duì)鋁進(jìn)行氧化鋁膜處理而成的部件，并與安 裝基板21面接觸。安裝基板21及發(fā)光部22構(gòu)成了 LED模塊。圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式的LED模塊結(jié)構(gòu)的截面圖。安裝基板21由金屬基板23及陶瓷層M構(gòu)成。發(fā)光部22由作為發(fā)光元件的 LED25及作為波長(zhǎng)變換部件的硅樹脂成形體沈構(gòu)成。LED25是射出藍(lán)色光(峰值波長(zhǎng)為 460nm士 IOnm左右)的所謂的藍(lán)色LED。硅樹脂成形體沈含有吸收藍(lán)色光、放出黃色光的 黃色熒光體。LED25配置在陶瓷層M的上表面，由接合件31固定。另外，也可以使LED25 和陶瓷層M直接接觸，也可以使導(dǎo)熱性膏等介于其間后相接觸。在陶瓷層M的上表面上， 除LED25之外，還配設(shè)有布線圖案32，LED25上表面的焊盤(pad) 33和布線圖案32由引線 34電連接。圖3是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的安裝基板的一部分進(jìn)行放大后示意性地示出的截面 圖。
金屬基板23例如由鋁或銅等金屬材料、或以金屬材料為主要成分的復(fù)合材料構(gòu) 成，基板的厚度為0. Imm以上5. Omm以下。陶瓷層M由透光性或高反射的陶瓷粒子27的集合體構(gòu)成，層厚為10 μ m以上 200 μ m以下。另外，陶瓷粒子的粒徑為0. 5 μ m以上50 μ m以下。作為透光性或高反射的陶 瓷材料，例如舉出氧化鋁(氧化鋁=Al2O3)、氧化硅(Si02，SiO)、氧化錫(SnO，SnO2)、氧化鉭 (Ta205)、氧化釔氏03)等氧化物?？梢詢H使用其中的一種，也可以混合2種以上使用。陶瓷 粒子27的單體具有透光性，陶瓷粒子27的集合體則由于粒子產(chǎn)生的光散射而具有良好的 光反射特性。陶瓷層M由于是陶瓷粒子27的集合體，所以具有良好的反射特性。從LED25 射出的光中的朝向安裝基板21的光被陶瓷層M反射，基本不到達(dá)金屬基板23。另外，金屬基板23及陶瓷層M之間不介入粘接劑等物質(zhì)，通過晶粒彼此的原子間 力而結(jié)合。這種結(jié)構(gòu)可通過在金屬基板上噴鍍透光性的陶瓷粒子從而在金屬基板表面形成 陶瓷噴鍍保護(hù)膜的方法、或在金屬基板上壓接了陶瓷薄板的狀態(tài)下，實(shí)施未達(dá)到金屬基板 的熔融溫度的熱處理的方法等來加以實(shí)現(xiàn)。在上述安裝基板21中，因以導(dǎo)熱率高的金屬基板23為基體材料，所以與現(xiàn)有的樹 脂基板或陶瓷基板相比，具有良好的散熱特性。例如，金屬基板的導(dǎo)熱率為236W/m ·Κ (鋁) 或390 W/m · K(銅)，而現(xiàn)有的樹脂基板及陶瓷基板的導(dǎo)熱率分別為0. 5ff/m · K(BT基板 雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(bismaleimide triazine) )、33W/m · K(氧化鋁)。另外，在上述安裝基板21中，由于金屬基板23及陶瓷層M通過晶粒彼此的原子 間力而結(jié)合，所以與粘接劑等物質(zhì)介于其間的情況相比，能夠降低在金屬基板23和陶瓷層 M的界面的熱阻。并且，在安裝基板21中，由于使導(dǎo)熱率較低的陶瓷層M的厚度比導(dǎo)熱率 較高的金屬基板23的厚度薄，所以可盡可能地降低安裝基板21的熱阻。并且，在上述安裝基板21中，以陶瓷層M作為光反射層，所以不會(huì)因LED25發(fā)熱 等的影響而變黃從而導(dǎo)致光反射率下降，能夠維持良好的光取出效率。另外，最好是安裝基 板21在波長(zhǎng)域460nm士 IOnm下的光譜反射率為70%以上。安裝基板21的光譜反射率可通 過適當(dāng)調(diào)整陶瓷層M的厚度、陶瓷粒子27的材質(zhì)或粒徑等來實(shí)現(xiàn)。下面，驗(yàn)證安裝基板的 光反射率。< 驗(yàn)證 >
圖4 圖11是表示不同反射材料材質(zhì)的光譜反射率的曲線。并且，圖12是表示不同 反射材料材質(zhì)初期時(shí)及熱惡化后的光譜反射率的曲線。圖4 圖11的反射材料材質(zhì)分別依次是氧化鋁、白抗蝕劑(大洋墨水制造株式 會(huì)社制，PSR-4000LEW1)、BT樹脂(三菱可燃?xì)饣瘜W(xué)株式會(huì)社制，CCL-L820WDI)、鋁(A5052， 表面無粗糙)、鋁(A5052，表面有粗糙)、Ag電鍍(Cu-Ni-Ag)、Ag電鍍(Cu -Ag)、Au電鍍 (Al-Au)。這些反射材料材質(zhì)中氧化鋁相當(dāng)于本發(fā)明的實(shí)施例，此外的反射材料材質(zhì)相當(dāng)于 比較例。另外，在圖4 圖11的各圖中繪制了多個(gè)數(shù)據(jù)。這些是多個(gè)采樣的測(cè)定結(jié)果。參照?qǐng)D12的表格，作為本發(fā)明實(shí)施例的氧化鋁的光譜反射率(波長(zhǎng)460nm)在初 期時(shí)高達(dá)約83%，且即使熱惡化后也維持約83%。之所以評(píng)價(jià)波長(zhǎng)460nm下的光譜反射率， 是因?yàn)長(zhǎng)ED的射出光的峰值波長(zhǎng)在460nm附近。另外，作為比較例的BT樹脂的光譜反射率 在初期時(shí)在上述反射材料材質(zhì)中最高約為87%，但熱惡化后下降至約78%或約58%。并且， 白抗蝕劑的光譜反射率初期時(shí)也約為77%，但熱惡化后下降至約60%。作為比較例的Ag電鍍(Cu-Ni-Ag)的光譜反射率初期時(shí)約為80%，但熱惡化后下降至約58%、約56%或約50%。 另夕卜，圖12的表格中，180°C /lh等的表述表示施加于樣品的溫度CC )和時(shí)間(hour)。從圖4、圖5及圖6的曲線可知，氧化鋁、白抗蝕劑及BT樹脂在可見光的波長(zhǎng)域中 都具有80%以上的高光譜反射率?？墒牵瑥膱D12的表格可知，氧化鋁的光譜反射率不因熱 而惡化，而白抗蝕劑及BT樹脂的光譜反射率會(huì)因熱而惡化。這是源于作為陶瓷的一種的氧 化鋁對(duì)熱難以變質(zhì)，而作為樹脂的一種的白抗蝕劑及BT樹脂對(duì)熱易變質(zhì)。從上述測(cè)定結(jié)果可知，通過在安裝基板的反射材料材質(zhì)中采用陶瓷，由此能夠在 初期時(shí)得到高的光取出效率，進(jìn)而即便熱惡化后也能夠較高地維持光取出效率。以上，基于實(shí)施方式，就本發(fā)明的照明用光源進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí) 施方式。例如，考慮如下的變形例。(1)在實(shí)施方式中，在安裝基板上表面形成了布線圖案，但也可以通過極力減少布 線圖案來提高光取出效率。例如，在圖13所示的LED模塊中，直接由引線34對(duì)相鄰的LED25 彼此之間進(jìn)行連接。由此能夠減少覆蓋陶瓷層M的布線圖案的面積，并能夠提高光取出效率。(2)在實(shí)施方式中，作為發(fā)光元件，舉出了 LED，但發(fā)光晶體管、有機(jī)EL、無機(jī)EL等 也能夠適用。(3)在實(shí)施方式中，作為波長(zhǎng)變換材料，舉出了熒光體，但只要是半導(dǎo)體、金屬絡(luò)合 物、有機(jī)染料、顏料等包含吸收某個(gè)波長(zhǎng)的光并發(fā)出與所吸收的光不同波長(zhǎng)的光的物質(zhì)的 材料，都能夠適用。(4)在實(shí)施方式中，作為波長(zhǎng)變換部件，舉出了含有熒光體粒子的硅樹脂成形體， 但燒結(jié)熒光體粒子而得到的陶瓷成形體也能夠適用。(5)在實(shí)施方式中，利用藍(lán)色LED和黃色熒光體的組合得到白色光，但也可以采用 紫外線LED和發(fā)出三原色的光的各熒光體的組合。(6)在實(shí)施方式中，舉出了代替燈泡的照明用光源，但本發(fā)明不限于此，對(duì)一般的 照明光源也可適用。但是，由于代替燈泡的照明用光源限制散熱片的尺寸，故與一般的照明 用光源相比需要進(jìn)一步提高散熱特性。因此，將本發(fā)明應(yīng)用于代替燈泡用的照明用光源更 有效。(7)在實(shí)施方式中雖未特別提及，但在陶瓷層為多孔質(zhì)時(shí)，也可以對(duì)陶瓷層實(shí)施封 孔處理。(8)不僅是金屬基板的單面，也可以在雙面覆蓋陶瓷層。另外，也可以使陶瓷層覆 蓋包含金屬基板的兩面及側(cè)面的整個(gè)面。(9)通常，由于金屬與陶瓷熱膨脹系數(shù)不同，所以一旦安裝基板的溫度因LED點(diǎn)亮 而上升，則在安裝基板上往往會(huì)產(chǎn)生翹曲。這是因?yàn)椋饘倩宓臏囟壬仙龝r(shí)，金屬基板的 表面?zhèn)纫蚬潭ㄔ谔沾蓪由隙y以膨脹，金屬基板的背面?zhèn)纫蚴亲杂傻亩菀装l(fā)生膨脹。安 裝基板的翹曲與同散熱片的熱接觸發(fā)生惡化有關(guān)，所以最好是采用即便溫度上升也難以產(chǎn) 生翹曲的構(gòu)造。在圖14示出的安裝基板中，具有將金屬基板23的表面劃分成多個(gè)區(qū)域，對(duì)每個(gè)劃 分設(shè)置了陶瓷層M的構(gòu)造。由此，可減輕金屬基板的表面?zhèn)葘?duì)陶瓷層的固定，金屬基板的 表面?zhèn)纫材撤N程度地發(fā)生熱膨脹。因此，可抑制在安裝基板中產(chǎn)生翹曲。另外，劃分的尺寸可以是分別劃分LED的尺寸，也可以是以多個(gè)單位劃分LED的尺寸。另外，該構(gòu)造例如可通 過在金屬基板23的整個(gè)表面上形成陶瓷層，在該陶瓷層上以規(guī)定間隔形成溝41來實(shí)現(xiàn)。溝 41可通過蝕刻等化學(xué)處理或研磨等機(jī)械處理來形成。在圖15示出的安裝基板中，在金屬基板23的背面也以規(guī)定間隔設(shè)置了溝42。在 該構(gòu)造中，金屬基板23背面?zhèn)鹊呐蛎洷粶?2某種程度地吸收。因此，可減輕金屬基板23 表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊呐蛎洸?，其結(jié)果，能夠抑制在安裝基板上產(chǎn)生翹曲。另外，在圖15示出的 安裝基板中，溝41、42的內(nèi)部具有曲率(即溝41、42的截面為U字形)。由此，即使反復(fù)發(fā) 生熱膨脹和熱收縮，也能夠抑制在金屬基板23上產(chǎn)生以溝41、42為起點(diǎn)的裂紋。并且，將 溝42與溝41的對(duì)置位置錯(cuò)開后配置。由此，即便以溝41、42為起點(diǎn)產(chǎn)生了裂紋，也能夠降 低從金屬基板23的表面?zhèn)妊由斓牧鸭y和從背面?zhèn)妊由斓牧鸭y相連的概率。其結(jié)果，能夠降 低安裝基板因裂紋而發(fā)生破損的概率。在圖16示出的安裝基板中，在金屬基板23的背面形成了井字形的梁構(gòu)造43。這 也與圖15的溝42 —樣，由于金屬基板23背面?zhèn)鹊呐蛎洷话疾磕撤N程度吸收，所以能夠抑 制在安裝基板上產(chǎn)生彎曲。并且，如圖16所示，由于LED被安裝在對(duì)應(yīng)于梁的位置，所以從 LED至散熱片的熱路徑最短。因此，即便采用了梁構(gòu)造，也能夠抑制散熱特性的惡化。并且， 該構(gòu)造例如可通過由蝕刻等化學(xué)處理在金屬基板23的背面以規(guī)定間隔形成凹部來實(shí)現(xiàn)。工業(yè)適用性
本發(fā)明可廣泛利用于一般照明。符號(hào)說明 1照明用光源
11殼體
12電源電路
13印刷布線板
14電子部件
15 E型燈頭
16散熱片
17球狀物
21安裝基板
22發(fā)光部
23金屬基板
24陶瓷層
25 LED
26硅樹脂成形體
27陶瓷粒子
31接合件
32布線圖案
33焊盤
34引線
41,42 溝43梁構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種照明用光源，其特征在于，具有 安裝基板；安裝在所述安裝基板上的發(fā)光元件；和變換從所述發(fā)光元件射出的光的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)變換部件，所述安裝基板由包含透光性陶瓷粒子或高反射陶瓷粒子的陶瓷層覆蓋金屬基板而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用光源，其特征在于， 所述陶瓷層的厚度比所述金屬基板的厚度薄。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明用光源，其特征在于， 所述陶瓷層的厚度為10 μ m以上200 μ m以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用光源，其特征在于，從所述發(fā)光元件射出的光的波長(zhǎng)區(qū)域中的所述安裝基板的光譜反射率為70%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用光源，其特征在于，所述陶瓷層是透光性陶瓷粒子或高反射陶瓷粒子的噴鍍保護(hù)膜、或者陶瓷薄板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用光源，其特征在于， 所述陶瓷層覆蓋在所述金屬基板的兩面或整個(gè)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用光源，其特征在于， 所述照明用光源還具有與所述安裝基板面接觸的散熱片部件；和殼體，突出設(shè)置燈頭，容納將經(jīng)該燈頭供給的電供給所述發(fā)光元件的電源電路，并固定 所述散熱片部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用光源，其特征在于，將所述金屬基板的表面劃分成多個(gè)區(qū)域，對(duì)每個(gè)劃分設(shè)置了所述陶瓷層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用光源，其特征在于，在所述金屬基板未被所述陶瓷層覆蓋的面上，以規(guī)定間隔設(shè)置了溝或凹部。
全文摘要
提供一種在抑制光的取出效率下降的同時(shí)、散熱特性良好的照明用光源。包括安裝基板；安裝在安裝基板上的LED(25)；和含有對(duì)從LED(25)射出的光的波長(zhǎng)進(jìn)行變換的熒光體粒子的硅樹脂成形體(26)。安裝基板由包含透光性或高反射性陶瓷粒子的陶瓷層(24)覆蓋金屬基板(23)而構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102106002SQ20098012860
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者仕田智, 宮崎光人, 高橋健治 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社