JP2008034665A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光装置及びその製造方法において、蛍光体等の機能性添加剤を封止樹脂中の所望の領域に低コストでかつ少ないバラツキで集中させること。
【解決手段】 基板１と、基板１上に搭載された発光素子２と、発光素子２を樹脂材３により封止すると共に磁性化された機能性添加剤４が含有された封止樹脂部５とを備え、封止樹脂部５内に、機能性添加剤４を樹脂材３の封止時に磁場により集中させた高濃度添加領域Ｈが形成されている。これにより、機能性添加剤４の効果が高濃度添加領域Ｈで顕著に得られ、高濃度添加領域Ｈの位置に応じて機能性添加剤４による効果の強調や光特性の指向性を任意に得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば白色ＬＥＤ装置等の発光装置及びその製造方法に関する。

従来、白色ＬＥＤ装置は、基板に青色発光ダイオード素子や紫外光発光ダイオード素子等の発光ダイオード素子を搭載し、蛍光体を含有した封止樹脂で全体を封止したものが多く用いられている。この封止樹脂には、蛍光体や拡散剤等の機能性添加剤が含有されているが、これら添加剤が封止樹脂内に分散して含まれているため、所定の領域、例えば発光ダイオード素子の周囲等に蛍光体や拡散剤を集中的に分布させることは困難であった。

このため、例えば特許文献１では、ＬＥＤ素子を封止する光透過性材料において所定の比重とした光拡散体と蛍光体との混合体を沈降させることで、ＬＥＤ素子の周囲に光拡散部を配した発光装置が提案されている。この技術では、ＬＥＤ素子の周囲に沈降した蛍光体が効率良く励起されると共に、白色光を得るのに必要な蛍光体の使用量を低減することができる。

また、特許文献２では、ＬＥＤ素子を覆い蛍光体を含む第１の樹脂層と、第１の樹脂層を覆い紫外線吸収剤を含む第２の樹脂層とを備えた表面実装型発光ダイオードが提案されている。この技術では、紫外線吸収剤を別の樹脂層として蛍光体を含む樹脂層上に別工程で形成することで、蛍光体と紫外線吸収剤とを最適位置に混入させることができる。

特開２００５−１６７０７９号公報 特開２０００−１２４５０７号公報

しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１の技術では、蛍光体を沈降によりＬＥＤ素子の周辺に集中させているが、自然の沈降による場合は、沈み具合にバラツキがあり、蛍光体の分布や濃度にバラツキが生じ、工程の再現性が悪いという不都合があった。このため、色度バラツキ等が生じてしまう問題があった。また、特許文献２の技術では、紫外線吸収剤を別の樹脂封止で蛍光体を含む樹脂層とは別に積層状態に形成している点で明確に添加剤の分布を分けることができるが、封止工程が２度必要であり、工程数及び製造コストの増大を招いてしまう不都合があった。また、積層構造の樹脂層となるため、積層界面において高い接合強度が要求され、積層時の封止条件など、最適条件を得ることが困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、機能性添加剤を封止樹脂中の所望の領域に低コストでかつ少ないバラツキで集中させた発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の発光装置は、基体と、前記基体上に搭載された発光素子と、前記発光素子を封止すると共に磁性化された機能性添加剤が含有された封止樹脂部とを備え、前記封止樹脂部内に、前記機能性添加剤を前記封止時に磁場により集中させた高濃度添加領域が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の発光装置の製造方法では、発光素子が搭載された基体上に前記発光素子を樹脂材で封止して封止樹脂部を形成する封止工程を備え、前記樹脂材に磁性化された機能性添加剤を予め含有させておき、前記封止工程時に、液状の前記樹脂材が硬化するまで、所定の方向から磁場を印加して前記機能性添加剤が集中した高濃度添加領域を前記封止樹脂部内に形成することを特徴とする。

これらの発光装置及びその製造方法では、封止樹脂部内に機能性添加剤を磁場により集中させた高濃度添加領域が形成されるので、磁場印加の方向に応じて所望の位置に高濃度添加領域を一度の封止工程で低コストかつ精度良く形成することができる。このようにして作製された発光装置は、機能性添加剤の効果が高濃度添加領域で顕著に得られ、高濃度添加領域の位置に応じて機能性添加剤による効果の強調や光特性の指向性を任意に得ることができる。

また、本発明の発光装置において、前記機能性添加剤が、磁性体と結合されて構成されていることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、磁性体と結合された機能性添加剤を用いているので、磁性体の大きさや磁性特性に応じて磁場印加による機能性添加剤の集中度合い（分布や濃度）を高精度に調整することができる。

また、本発明の発光装置において、前記機能性添加剤が、蛍光体、拡散剤、顔料、紫外線吸収剤の少なくとも一種類であることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、蛍光体、拡散剤、顔料、紫外線吸収剤の少なくとも一種類が機能性添加剤として用いられるので、高濃度添加領域の位置に応じて、例えば顔料や蛍光体の場合は、方向によって異なる色合いの光を放射させることが可能になり、例えば拡散剤の場合は、方向によって光量の異なる任意の指向性を得ることができる。

また、本発明の発光装置において、前記発光素子が、青色発光ダイオード素子又は紫外光発光ダイオード素子であり、前記機能性添加剤が、少なくともＹＡＧ蛍光体を含むことを特徴とする。すなわち、この発光装置では、青色発光ダイオード素子又は紫外光発光ダイオード素子による青色光又は紫外光によって高濃度添加領域のＹＡＧ蛍光体が励起されて変換されることで、高濃度添加領域の分布に応じた光特性の白色光を得ることができる。

また、本発明の発光装置において、前記高濃度添加領域が、前記基体上の片側に形成されていることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、機能性添加剤が集中して基体上の片側に配されているので、例えば機能性添加剤として拡散剤を採用した場合、拡散剤が基体の一方側に集中して配された拡散剤の高反射効果によって、発光素子から出射した光が他方側に多く反射して他方側の光量が増大し、他方側の光指向性を高めることができる。また、例えば機能性添加剤として顔料や蛍光体を採用した場合、基体上の一方側と他方側とで、単体で異なる色合いの光を得ることが可能になる。

また、本発明の発光装置において、前記高濃度添加領域が、前記発光素子の上方を除いて前記発光素子の周囲に形成されていることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、発光素子の上方を除いた周囲に機能性添加剤が集中して配されるので、例えば機能性添加剤として拡散剤を採用した場合、発光素子周囲に集中して配された拡散剤の高反射効果によって、発光素子から出射した光が発光素子上方側に多く反射して中央部の光量を増大させることができる。また、例えば機能性添加剤として顔料や蛍光体を採用した場合、発光素子の上方と周囲とで、単体で異なる色合いの光を得ることが可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る発光装置及びその製造方法によれば、封止樹脂部内に蛍光体や拡散剤等の機能性添加剤を磁場により集中させた高濃度添加領域が形成されるので、機能性添加剤を封止樹脂中の所望の領域に少ないバラツキでかつ低コストで集中させることができる。したがって、高濃度添加領域の位置に応じて機能性添加剤による効果の強調や光特性の指向性を任意に得ることができ、多様な光指向性や色合い等を有する発光装置が得られる。

以下、本発明に係る発光装置及びその製造方法の第１実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。

本実施形態における発光装置は、例えば白色ＬＥＤ装置であって、図１の（ａ）に示すように、絶縁性の基板（基体）１と、基板１上に搭載された発光素子２と、発光素子２を樹脂材３で封止すると共に磁性化された機能性添加剤４が含有された封止樹脂部５とを備えている。
上記発光素子２は、例えば青色（波長λ：４７０〜４９０ｎｍ）ＬＥＤ素子又は紫外光（波長λ：４７０ｎｍ未満）ＬＥＤ素子であって、例えばサファイア基板などの絶縁性基板上に窒化ガリウム系化合物半導体（例えばＩｎＧａＮ系化合物半導体）の複数の半導体層が積層されて形成されたものである。

この発光素子２の上面には、ｐ型半導体層（図示略）に電気的に接続されたｐ側電極（図示略）と、ｎ型半導体層（図示略）に電気的に接続されたｎ側電極（図示略）とが形成されている。
上記基板１は、例えば略直方体形状のガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、セラミックス基板やメタルコア基板等の絶縁性基板である。この基板１の表面には、銅箔等で形成された図示しない電極パターンが設けられており、対応する上記ｐ側電極及びｎ側電極と金線等のワイヤーＷでそれぞれ電気的に接続されている。

上記封止樹脂部５は、シリコーン樹脂を主剤とした樹脂材３中に、図２に示すように、機能性添加剤４として磁性化されたＹＡＧ蛍光体４ａが添加されている。このＹＡＧ蛍光体４ａは、発光素子２からの青色光又は紫外光を黄色光に変換させて混色効果により白色光を生じさせるものである。なお、樹脂材３内の添加剤としては、他に拡散剤等を含有させても構わない。

上記機能性添加剤４は、例えば図２の（ａ）に示すように、ＹＡＧ蛍光体４ａを透明磁性体４ｂが覆うようにして結合状態にされ、磁性化されて形成されている。この透明磁性体４ｂは、ＹＡＧ蛍光体４ａまで青色光又は紫外光が透過可能であり、ＹＡＧ蛍光体４ａからの黄色光に対しても透過可能なものであって、例えばコバルト添加チタン酸化物、Ｙ−Ｆｅ−Ｏ系ナノ粒子等が採用される。

なお、ＹＡＧ蛍光体４ａの全体を透明磁性体４ｂが覆う場合だけでなく、図２の（ｂ）に示すように、ＹＡＧ蛍光体４ａの一部を覆うように透明磁性体４ｂが結合されたものでも構わない。また、機能性添加剤４の他の例として、図２の（ｃ）又は（ｄ）に示すように、鉄粉等の粒状の磁性体４ｃの全周又は一部を覆うようにＹＡＧ蛍光体４ａが結合されて磁性化されたものでも構わない。この場合、磁性体４ｃは、上述した透明磁性体４ｂのような透明体でなくても構わない。

また、封止樹脂部５内には、機能性添加剤４を樹脂材３の封止時に磁場により集中させた高濃度添加領域Ｈが形成されている。本実施形態では、磁場Ｂを上方から垂直に印加して高濃度添加領域Ｈを封止樹脂部５の上面側に集中させている。したがって、この実施形態では、ＹＡＧ蛍光体４ａを封止樹脂部５の上面側に集中させることで、充分な白色光をＹＡＧ蛍光体４ａの必要最小限の添加量で得ることができる。

次に、本実施形態の発光装置の製造方法について説明する。
まず、基板１上に発光素子２を接着剤（図示略）により固定し、ワイヤーボンディングによりワイヤーＷで電極の電気的接続を行う。上記接着剤としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂製の絶縁性接着剤やハンダ剤やＡｇペースト等の導電性接着剤などが採用される。

さらに、基板１上の発光素子２を樹脂材３により封止する。この際、液状の樹脂材３により発光素子２を封止した直後では、図１の（ｂ）に示すように、添加されている機能性添加剤４が全体にほぼ均一的に分散して含まれている。次に、液状の樹脂材３が硬化するまでの間、図１の（ａ）に示すように、所定の方向から磁場Ｂを印加して、磁化率の高い機能性添加剤４を一定方向に移動させて集中させることで、高濃度添加領域Ｈを形成する。本実施形態では、発光素子２の上方から垂直に磁場印加を行い、機能性添加剤４を樹脂材３上部に集中させて高濃度添加領域Ｈを形成させている。なお、印加される磁場Ｂは、ワイヤーＷや発光素子２に悪影響を与えないと共に高濃度添加領域Ｈにおける機能性添加剤４の濃度などを考慮した最適な強度に設定される。

このように本実施形態では、封止樹脂部５内に、磁性化されたＹＡＧ蛍光体４ａを含む機能性添加剤４を磁場により集中させた高濃度添加領域Ｈが形成されるので、磁場印加の方向に応じて所望の位置に高濃度添加領域Ｈを一度の封止工程で低コストかつ精度良く形成することができる。このようにして作製された発光装置は、機能性添加剤４に含まれるＹＡＧ蛍光体４ａの効果が高濃度添加領域Ｈで顕著に得られ、ＹＡＧ蛍光体４ａの添加量を必要最小限に抑えることが可能になる。
また、透明磁性体４ｂ又は磁性体４ｃと結合された機能性添加剤４を用いているので、透明磁性体４ｂ又は磁性体４ｃの大きさや磁性特性に応じて磁場印加による機能性添加剤４の集中度合い（分布や濃度）を高精度に調整することができる。

次に、本発明に係る発光装置及びその製造方法の第２実施形態から第４実施形態について、図３から図５を参照して説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、機能性添加剤４として磁性化したＹＡＧ蛍光体４ａを採用し、高濃度添加領域Ｈを封止樹脂部５の上部に配しているのに対し、第２実施形態の発光装置では、図３に示すように、機能性添加剤１４として磁性化した拡散剤を採用し、高濃度添加領域Ｈを基板１上の片側（樹脂材３の片側、図中の左側）に配した封止樹脂部１５を有している点である。

すなわち、第２実施形態では、樹脂材３で封止する際に、磁場Ｂを基板１の側方（片側）から印加することで、拡散剤である機能性添加剤１４を基板１上の片側に移動、集中させて高濃度添加領域Ｈを形成している。なお、第２実施形態では、磁性化されていない添加剤として、ＹＡＧ蛍光体が樹脂材３に含有されており、封止樹脂部１５内に一様に分散されている。

この第２実施形態の発光装置では、拡散剤である機能性添加剤１４が集中して基板１上の片側に配されているので、基板１の一方側（方側）に集中して配された拡散剤（機能性添加剤１４）の高反射効果によって、発光素子２から出射した光が他方側に多く反射して他方側の光量が増大し、他方側の光指向性を高めることができる。

第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、磁性化されたＹＡＧ蛍光体４ａからなる機能性添加剤４を樹脂材３の上部に集中させて高濃度添加領域Ｈを形成しているのに対し、第３実施形態の発光装置では、図４に示すように、磁性化されたＹＡＧ蛍光体４ａからなる機能性添加剤４を基板１上の片側（樹脂材３の片側、図中の左側）に集中させて高濃度添加領域Ｈとした封止樹脂部２５を有している点である。なお、第３実施形態では、発光素子２に青色発光ダイオード素子を採用している。

すなわち、第３実施形態では、ＹＡＧ蛍光体４ａを含む高濃度添加領域Ｈが基板１上の一方側（片側）に形成されているので、高濃度添加領域Ｈ側（図中の矢印方向Ａ）からはＹＡＧ蛍光体４ａによる変換が行われて白色光が得られると共に、高濃度添加領域Ｈの反対側（図中の矢印方向Ｂ）からは発光素子２から放射される原色の青色光が得られる。したがって、白色光と青色光との異なる２色を得ることができ、方向に応じて異なる色が得られる。

第４実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、拡散剤からなる機能性添加剤１４を基板１の片側（樹脂材３の片側）のみに集中させて高濃度添加領域Ｈを設けているのに対し、第４実施形態の発光装置では、図５に示すように、高濃度添加領域Ｈが、発光素子２の上方を除いて発光素子２の周囲に形成された封止樹脂部３５を有している点である。

特に、高濃度添加領域Ｈは、基板１に近いほど発光素子２に近く、基板１から上方に離間するほど発光素子２の中心軸より遠くに分布している。
すなわち、第４実施形態では、発光素子２周囲に集中して配された拡散剤の高反射効果によって、発光素子２から出射した光が発光素子２上方側に多く反射して中央部の光量を増大させることができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、第２実施形態では、機能性添加剤１４として拡散剤を採用しているが、機能性添加剤として顔料や蛍光体を採用した場合、基板１上の一方側と他方側とで、単体で異なる色合いの光を得ることが可能になる。同様に、第４実施形態では、機能性添加剤として顔料や蛍光体を採用した場合、発光素子２の上方と周囲とで、単体で異なる色合いの光を得ることが可能になる。
また、機能性添加剤として紫外線吸収剤を採用しても構わない。

また、上記各実施形態では、発光素子２として青色発光ダイオード素子又は紫外光発光ダイオード素子による青色光又は紫外光によってＹＡＧ蛍光体が励起されて変換されることで白色光が得られる白色ＬＥＤ装置に適用しているが、赤色発光ダイオードや緑色発光ダイオード等の他のＬＥＤ装置に適用しても構わない。

本発明に係る第１実施形態の発光装置及びその製造方法において、磁場印加後と磁場印加前の状態を示す発光装置の概略的な断面図である。 第２実施形態の発光装置及びその製造方法において、機能性添加剤を示す４つの例の概念的な断面図である。 本発明に係る第２実施形態の発光装置及びその製造方法において、発光装置を示す概略的な断面図である。 本発明に係る第３実施形態の発光装置及びその製造方法において、発光装置を示す概略的な断面図である。 本発明に係る第４実施形態の発光装置及びその製造方法において、発光装置を示す概略的な断面図である。

符号の説明

１…基板（基体）、２…発光素子、３…樹脂材、４、１４…機能性添加剤、５、１５、２５、３５…封止樹脂部、４ａ…ＹＡＧ蛍光体、４ｂ…透明磁性体、４ｃ…磁性体、Ｈ…高濃度添加領域

Claims (7)

1. 基体と、
   前記基体上に搭載された発光素子と、
   前記発光素子を封止すると共に磁性化された機能性添加剤が含有された封止樹脂部とを備え、
   前記封止樹脂部内に、前記機能性添加剤を前記封止時に磁場により集中させた高濃度添加領域が形成されていることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置において、
   前記機能性添加剤が、磁性体と結合されて構成されていることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１又は２に記載の発光装置において、
   前記機能性添加剤が、蛍光体、拡散剤、顔料、紫外線吸収剤の少なくとも一種類であることを特徴とする発光装置。
4. 請求項３に記載の発光装置において、
   前記発光素子が、青色発光ダイオード素子又は紫外光発光ダイオード素子であり、
   前記機能性添加剤が、少なくともＹＡＧ蛍光体を含むことを特徴とする発光装置。
5. 請求項３又は４に記載の発光装置において、
   前記高濃度添加領域が、前記基体上の片側に形成されていることを特徴とする発光装置。
6. 請求項３又は４に記載の発光装置において、
   前記高濃度添加領域が、前記発光素子の上方を除いて前記発光素子の周囲に形成されていることを特徴とする発光装置。
7. 発光素子が搭載された基体上に前記発光素子を樹脂材で封止して封止樹脂部を形成する封止工程を備え、
   前記樹脂材に磁性化された機能性添加剤を予め含有させておき、前記封止工程時に、液状の前記樹脂材が硬化するまで、所定の方向から磁場を印加して前記機能性添加剤が集中した高濃度添加領域を前記封止樹脂部内に形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
   

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