JP2009094262A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップの周囲の蛍光体の濃度や蛍光体層の厚みを容易に制御する。
【解決手段】蛍光体を高濃度に充填してシート１０を作成し、この蛍光体シート１０を反射ケース３内へ被せてこれを反射ケース３内へ落とし込み、少なくともＬＥＤチップ５の表面を被覆する。更には、蛍光体シート１０を軟化させてＬＥＤチップ５の側面を含めて全面を蛍光体シート１０で囲繞する。
【選択図】図２

Description

本発明は発光装置の製造方法に関する。

液晶パネルの白色光源として使用される配線表面実装型の発光装置では、反射ケースの底面中央に青色系ＬＥＤチップがマウントされる。このＬＥＤチップがシリコーン樹脂等で封止されるとともに、この封止部材中に蛍光体（青色系光を黄色系光に波長変換する）が配合される。
一般的に、ＬＥＤチップを高出力化すると、封止部材中に蛍光体を均一に分散させたときに比べて、蛍光体をＬＥＤチップの周辺に集中させたときのほうが、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの光との混合が促進され、白色光源としてより好ましい発光態様となることが知られている。
そのため、従来では、硬化前の封止部材へ蛍光体を導入し、蛍光体を沈降させることにより、ＬＥＤチップの周辺へ蛍光体を集中させている。
本発明に関連する文献として特許文献１〜特許文献４を参照されたい。

特開２００２−２２３００８号公報 特開２０００−３１５４８号公報 特開２０００−３１５４７号公報 特開２００４−１６１８７１号公報

封止部材において蛍光体を沈降させることには以下の課題があった。即ち、反射ケースの傾きなどが原因となって、蛍光体を均一に沈降させることが困難である。そのため、ＬＥＤチップの周囲の蛍光体の濃度や蛍光体層の厚みを制御することが困難であった。
蛍光体をその自重により沈降させるには時間がかかり、遠心力を利用して蛍光体の沈降を促進させることには遠心装置など装置コストが嵩むこととなる。

本発明者らは、蛍光体を高濃度に充填してシートを作成し、このシートでＬＥＤチップを被覆すれば、簡易な方法でＬＥＤチップの周辺へ蛍光体を高濃度に集中できることに気が付き、本発明に想到した。
即ち、本発明の第1の局面は次のように規定される。
壁状部材で包囲された状態のＬＥＤチップに対し、蛍光体を高密度に充填した蛍光体シートを被せる工程と、
該蛍光体シートを前記壁状部材内へ落し込む工程と、
を含む発光装置の製造方法。
このように規定される第１の局面の製造方法によれば、壁状部材内へ落とし込まれた蛍光体シートはＬＥＤチップの近傍に配置されるので、高出力の発光装置として好ましいものとなる。
この壁状部材として反射ケースを採用することができる（本発明の第２の局面）。
配線基板上へＬＥＤチップを直接マウントするタイプにおいては、ＬＥＤチップを仕切り板で仕切り、この仕切り板をガイドとして蛍光体シートとＬＥＤチップとの位置合わせをすることができる。この仕切り板が壁状部材となる。

本発明の第３の局面は次のように規定される。即ち、
第１の局面の製造方法において、前記壁状部材内に落とし込まれた蛍光体シートを変形させて、該蛍光体シートで前記ＬＥＤチップを囲繞する。
このように規定される第２の局面の製造方法によれば、蛍光体シートでＬＥＤチップが囲繞される。蛍光体シートにおいて蛍光体は同一濃度に分布しているので、ＬＥＤチップからみると、その近傍に蛍光体が同一の濃度でかつ同一の厚みで分布することとなる。蛍光体シートにおいて蛍光体の濃度およびその厚みは容易に制御できる。よって、ＬＥＤチップの周囲の蛍光体の濃度や厚みを容易にかつ正確に制御できる。これにより、高出力に適した発光装置の提供が可能となる。
蛍光体シートの変形は、蛍光体シートにおいてシートの母材（蛍光体のバインダ）を変形することにより行なう。
母材をポリビニルアルコールなどの溶媒に可溶な材料で形成すれば、溶媒（アルコール等）を添加することにより母材が変形可能となり、その自重によりＬＥＤチップへなじんでこれを囲繞する。また、母材をシリコーン樹脂等の熱可塑性材料としたときには、熱を加えることにより母材を変形可能とし、その自重によりＬＥＤチップを囲繞する。

母材を溶媒可溶性の材料で形成したときには、充分量の溶剤を壁状部材へ供給して母材を溶解除去することもできる。この場合、溶媒を供給するにつれて蛍光体シートが変形してＬＥＤチップを囲繞する。その後、蛍光体シートから母材が消失する。これにより、蛍光体自体がＬＥＤチップを囲繞することとなる。
母材を消失させることにより、ＬＥＤチップからの光による母材の劣化（黄変等）が生じることもない。

以下、この発明の実施の形態につき図例を参照しながら説明をする。
図１はこの発明の実施例の発光装置１の要部を示す断面図である。
この発光装置１では、反射ケース３の底面の中央にフェイスアップタイプの青色発光ダイオードからなるＬＥＤチップ５がマウントされている。
ここにＬＥＤチップ５の種類は特に限定されるものではなく、任意の構成のもの（例えばフリップチップタイプ）を採用することができる。かかるＬＥＤチップはIII族窒化物系化合物半導体により形成できる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。ＬＥＤの素子機能部分は上記２元系若しくは３元系のIII族窒化物系化合物半導体より構成することが好ましい。
III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法などによっても形成することができる。
III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、窒化ガリウム、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましい。
ＬＥＤチップ５の発光色は目的に応じて適宜選択される。例えば、青色、緑色等、所望の発光色に応じて選択される。白色光を放出する照明装置を構成する場合には、青色光を放射するＬＥＤチップ５を好適に用いることができる。
ＬＥＤチップ５を複数個用いることもできる。その場合には、同種類のＬＥＤチップを組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類のＬＥＤチップを複数組み合わせても良い。

図１において符号１０は蛍光体シートを示す。
この蛍光体シート１０はシート状のシリコーン樹脂（バインダ）へＹＡＧからなる黄色系蛍光体（粒子）を高濃度に充填したものである。ここに蛍光体シート１０においては、シート状態を維持しつつ、できる限り多くの蛍光体粒子をバインダへ分散させることが好ましい。ここに高濃度とは、従来例のように封止部材へ蛍光体を沈降させたときのＬＥＤチップ周辺の蛍光体の濃度と等しいか又はそれ以上の濃度とする。反射ケース３の開口形状に合わせてこの蛍光体シート１０をカットし、図１に示すように、反射ケース３へ被せるとともに、これを反射ケース３内へ落とし込んでＬＥＤチップ５の上面へ接するようにする。これにより、主たる光放出面であるＬＥＤチップ５の上面が蛍光体シート１０で被覆される。蛍光体シート１０において蛍光体は層をなし、その蛍光体層において蛍光体は均一の濃度でかつ均一の厚みで存在する。これにより、ＬＥＤチップ５から放出された青色系光と、該光の一部を吸収して蛍光体が放出する黄色系光とが均一に混合され、ムラのない白色光が形成される。

図２に示す発光装置２１は、図１の発光装置を蛍光体シート１０のバインダの軟化温度で５分〜６０分加熱した後の状態を示す。蛍光体シート１０を加熱することによりそのバインダが軟化し、蛍光体シート１０はその自重によりダレて、ＬＥＤチップ５の側面へ沿うように変形する。これにより、ＬＥＤチップ５が蛍光体シート１０で囲繞されることとなる。よって、ＬＥＤチップ５の全周に均一に蛍光体が存在し、よりムラのない白色光の形成が可能になる。
図１及び図２の発光装置において、反射ケース３の開口部はシリコーン樹脂その他の封止材料で封止しても、しなくてもよい。

図３には他の実施例の発光装置３１を示す。図１及び図２と同一の要素には同一の参照番号を付してその説明を省略する。
この実施例では、蛍光体シート３５を何らカットせず、反射ケース３の周縁部までこれで被覆する。製造工程において反射ケースはその複数が短冊状に並べて準備されているので、その全部を被覆するように蛍光体シート３５を被せる。
この蛍光体シート３５ではバインダとしてポリビニルアルコールを選択している。従って、アルコール等の溶媒を蛍光体シート３５へ供給することにより、バインダが軟化し、図３のように蛍光体シート３５はその自重でＬＥＤチップ５に沿って配置される。溶媒供給の方法は特に限定されるものではないが、塗布、噴霧若しくは浸漬などの方法を採用することによる。
これにより、ＬＥＤチップ５の全周に均一に蛍光体が存在し、よりムラのない白色光を形成できる。

図４に示す発光装置４１では、図３の状態のものへ更に溶媒を供給して蛍光体シート３５からバインダを消失させている。ここに、蛍光体シート３５からバインダを除去するには、溶媒槽内へ装置を静置するか、バインダの溶解にともない蛍光体４５が移動しないように、溶媒槽内で溶媒を僅かに対流させる。
このようにして得られた図４に示す発光装置４１では、バインダが存在しないので、ＬＥＤチップ５による高エネルギー光放出に伴う周辺材料の黄変問題が何ら影響しなくなる。
図３及び図４の発光装置において反射ケースの開口部へシリコーン樹脂等の封止材料を充填しても、しなくてもよい。また、反射ケース３の上面に付着した蛍光体は除去しても良い。
反射ケース３の内側側面（反射面）における反射効率を確保するため、蛍光体として白色の粉末を利用することが好ましい。
図１及び図２に示す実施例においても、蛍光体シートのバインダに溶媒に溶解する材料を選択すれば、図４と同様にバインダの除去が可能である。

図５には、図４に示す発光装置４１の斜視図（蛍光体シートの装着前）を示す。図５に示すように、フェイスアップタイプのＬＥＤチップ５を用いたときには、ＬＥＤチップ５の上面に存在するボンディングワイヤが蛍光体シートに干渉するおそれがある。従って、図４に示すように、蛍光体シートからバインダを除去して蛍光体をバラケさせることにより、蛍光体をより確実にＬＥＤチップ５の周囲に集中することができる。

図６は他の実施例の製造方法を示す。なお、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例では、セラミックス等からなる配線基板５０の上にＬＥＤチップ５が直接マウントされている。配線基板５０には各ＬＥＤチップ５を包囲する仕切り板５１がマス目状に立設されている。蛍光体シート１０はこの仕切り板５１の開口形状に合わせてカットされ、仕切り板５１の開口から落とし込まれてＬＥＤチップ５へ被せられる。このとき、仕切り板５１は蛍光体シート１０とＬＥＤチップ５との位置合わせのためのガイドとなる。
この仕切り板５１は樹脂、金属ないしはセラミックで形成され、基板５０へ載置される。蛍光体シート１０をＬＥＤチップ５へ貼り合わせた後、この仕切り板５１は基板５０から除去される。
図６の例においても、蛍光体シート１０を軟化させてＬＥＤチップ５の側面へ沿わせるようにしてもよい。さらに、蛍光体シート１０からバインダを除去してもよい。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

図１はこの発明の実施例の発光装置の要部構成を示す断面図である。 図２は蛍光体シートを加熱した後の状態を示す断面図である。 図３は同じく他の実施例の断面図である。 図４は蛍光体シートからバインダを消失させた後の状態を示す断面図である。 図５は図４の実施例の斜視図である。 図６は他の実施例の製造方法を示し、図６Ａは平面図、図６Ｂは断面図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１ 発光装置
３ 反射ケース
５ ＬＥＤチップ
１０，３５ 蛍光体シート

Claims (5)

1. 壁状部材で包囲された状態のＬＥＤチップに対し、蛍光体を高密度に充填した蛍光体シートを被せる工程と、
   該蛍光体シートを前記壁状部材内へ落し込む工程と、
   を含む発光装置の製造方法。
2. 前記壁状部材は反射ケースである、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 前記壁状部材内に落とし込まれた蛍光体シートを変形させて、該蛍光体シートで前記ＬＥＤチップを囲繞する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
4. 前記蛍光体シートは蛍光体と該蛍光体を結合するバインダとを備えてなり、前記壁状部材内に落とし込まれた蛍光体シートから前記バインダを除去して、前記蛍光体で前記ＬＥＤチップを囲繞する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
5. 前記蛍光体シートのバインダは溶媒に溶解する材料若しくは熱可塑性材料で形成されている、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の発光装置の製造方法。

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