JP2010192624A - 発光装置及び発光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスや水分によるLEDチップまたはリードの劣化を防ぐことが可能な発光装置及び発光モジュールを提供する。
【解決手段】凹部61aを有する樹脂容器61と、凹部61aの内側に露出した状態で配置される導体部と、凹部61aの内側に設けられ、導体部と電気的に接続される発光素子64と、発光素子64から出力される光に対する透光性を有し、凹部61aにおいて発光素子64を封止する封止樹脂65と、少なくとも封止樹脂65上に積層されたバリア層90と、を含む発光装置60を採用する。
【選択図】図3
【解決手段】凹部61aを有する樹脂容器61と、凹部61aの内側に露出した状態で配置される導体部と、凹部61aの内側に設けられ、導体部と電気的に接続される発光素子64と、発光素子64から出力される光に対する透光性を有し、凹部61aにおいて発光素子64を封止する封止樹脂65と、少なくとも封止樹脂65上に積層されたバリア層90と、を含む発光装置60を採用する。
【選択図】図3
Description
本発明は、発光素子を用いた発光装置及び発光モジュールに関する。
近年、発光ダイオードを用いた発光デバイスの進歩が目覚しく、液晶のバックライト、大型ディスプレイのほか、自動車のヘッドライトや室内外の照明器具にも用いられるようになっている。
特に、短波長光発光素子用の半導体材料としてGaN系化合物半導体材料が注目を集めている。GaN系化合物半導体材料発展により、短波長の光を得ることができたために、これを用いて蛍光体を励起してより多様な波長の光を得ることができるようになった。特に、白色の光を発光ダイオードから得ることができたのにはGaN系化合物半導体が不可欠であった。
特に、短波長光発光素子用の半導体材料としてGaN系化合物半導体材料が注目を集めている。GaN系化合物半導体材料発展により、短波長の光を得ることができたために、これを用いて蛍光体を励起してより多様な波長の光を得ることができるようになった。特に、白色の光を発光ダイオードから得ることができたのにはGaN系化合物半導体が不可欠であった。
GaN系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やIII−V族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)や分子線エピタキシー法(MBE法)等によって形成される。
多くの場合LEDのパッケージは、樹脂によって封止される。良く知られた砲弾型と呼ばれるランプ形状のパッケージを始め、実装基盤にリフレクタを備えたトップパッケージと呼ばれるパッケージ、サイドビューと呼ばれる横に倒して使用されるパッケージ、あるいは、素子に樹脂をかぶせて成型し封止するサーフェイスマウントタイプと呼ばれるパッケージなどが、その例である。
ところで、半導体デバイスのパッケージは、空気中の水分や酸素などの浸透によって内部の素子が劣化するという問題を持っている。パッケージは透明な樹脂などで封止されることが多いが、封止に用いられる樹脂は必ずしもガスや水分の浸透を防ぐことができていない。このため、空気中の水分やガスの浸透によりLEDチップの劣化が発生して、信頼性を落とすことが多い。また、最近では、包装に用いられる段ボール材から放出される微量の硫化水素によって、LEDチップのみならず、LEDチップに接続されるリードを腐食させる場合がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ガスや水分によるLEDチップまたはリードの劣化を防ぐことが可能な発光装置及び発光モジュールを提供することにある。
かかる目的のもと、本発明は以下の発明を提供する。
[1] 凹部を有する樹脂容器と、前記樹脂容器の前記凹部の内側に露出した状態で配置される導体部と、前記凹部の内側に設けられ、前記導体部と電気的に接続される発光素子と、前記発光素子から出力される光に対する透光性を有し、前記凹部において当該発光素子を封止する封止樹脂と、少なくとも前記封止樹脂上に積層されたバリア層と、
を含むことを特徴とする発光装置。
[2] 前記バリア層が、透湿度で5(g/m2・24時間)以下の水蒸気透過性を有する樹脂材料であることを特徴とする[1]に記載の発光装置。
[3] 前記バリア層が、1〜3000μmの範囲の膜厚を有することを特徴とする[1]または[2]に記載の発光装置。
[4] 前記バリア層が、下記一般式(1)で表されるエピスルフィド化合物と、SH基を1分子あたり2個以上有するメルカプタン化合物との反応物からなり、前記エピスルフィド化合物とメルカプタン化合物の配合質量比が0.02〜1.5からなる樹脂組成物を含むことを特徴とする[1]乃至[3]の何れか一項に記載の発光装置。
[下記一般式(1)のm1、n1はそれぞれ、m1が0〜4の整数であり、n1が0〜1の整数である。]
[5] 前記バリア層が、下記一般式(2)で表されるエピスルフィド化合物と、エポキシ基を持つ化合物と、SH基を1分子あたり2個以上有するメルカプタン化合物との反応物からなることを特徴とする[1]乃至[3]の何れか一項に記載の発光装置。
[下記一般式(2)のm2、n2はそれぞれ、m2が0〜4の整数であり、n2が0〜1の整数である。]
[6] 前記封止樹脂中に蛍光体粒子が含まれることを特徴とする[1]乃至[5]の何れか一項に記載の発光装置。
[7] 前記バリア層中に、蛍光体粒子が含まれることを特徴とする[1]乃至[6]の何れか一項に記載の発光装置。
[8] 前記バリア層が、前記樹脂容器の上面に延出して形成されていることを特徴とする[1]乃至[7]の何れか一項に記載の発光装置。
[9] 基板と、前記基板に取り付けられる複数の発光装置とを備え、前記発光装置は、凹部を有する樹脂容器と、前記樹脂容器の前記凹部の内側に露出した状態で配置される導体部と、前記凹部の内側に設けられ、前記導体部と電気的に接続される発光素子と、前記発光素子から出力される光に対する透光性を有し、前記凹部において当該発光素子を封止する封止樹脂と、少なくとも前記封止樹脂上に積層されたバリア層と、を含むことを特徴とする発光モジュール。
[1] 凹部を有する樹脂容器と、前記樹脂容器の前記凹部の内側に露出した状態で配置される導体部と、前記凹部の内側に設けられ、前記導体部と電気的に接続される発光素子と、前記発光素子から出力される光に対する透光性を有し、前記凹部において当該発光素子を封止する封止樹脂と、少なくとも前記封止樹脂上に積層されたバリア層と、
を含むことを特徴とする発光装置。
[2] 前記バリア層が、透湿度で5(g/m2・24時間)以下の水蒸気透過性を有する樹脂材料であることを特徴とする[1]に記載の発光装置。
[3] 前記バリア層が、1〜3000μmの範囲の膜厚を有することを特徴とする[1]または[2]に記載の発光装置。
[4] 前記バリア層が、下記一般式(1)で表されるエピスルフィド化合物と、SH基を1分子あたり2個以上有するメルカプタン化合物との反応物からなり、前記エピスルフィド化合物とメルカプタン化合物の配合質量比が0.02〜1.5からなる樹脂組成物を含むことを特徴とする[1]乃至[3]の何れか一項に記載の発光装置。
[下記一般式(1)のm1、n1はそれぞれ、m1が0〜4の整数であり、n1が0〜1の整数である。]
[下記一般式(2)のm2、n2はそれぞれ、m2が0〜4の整数であり、n2が0〜1の整数である。]
[7] 前記バリア層中に、蛍光体粒子が含まれることを特徴とする[1]乃至[6]の何れか一項に記載の発光装置。
[8] 前記バリア層が、前記樹脂容器の上面に延出して形成されていることを特徴とする[1]乃至[7]の何れか一項に記載の発光装置。
[9] 基板と、前記基板に取り付けられる複数の発光装置とを備え、前記発光装置は、凹部を有する樹脂容器と、前記樹脂容器の前記凹部の内側に露出した状態で配置される導体部と、前記凹部の内側に設けられ、前記導体部と電気的に接続される発光素子と、前記発光素子から出力される光に対する透光性を有し、前記凹部において当該発光素子を封止する封止樹脂と、少なくとも前記封止樹脂上に積層されたバリア層と、を含むことを特徴とする発光モジュール。
本発明によれば、封止樹脂上に積層されたバリア層を積層することで、発光装置の内部への水分やガスの侵入を防止することができる。これにより、発光素子や導体部の劣化を防止することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態が適用される液晶表示装置の全体構成を示す一例の図である。この液晶表示装置は、液晶表示モジュール50と、この液晶表示モジュール50の背面側(図1では下部側)に設けられるバックライト装置10とを備えている。
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態が適用される液晶表示装置の全体構成を示す一例の図である。この液晶表示装置は、液晶表示モジュール50と、この液晶表示モジュール50の背面側(図1では下部側)に設けられるバックライト装置10とを備えている。
バックライト装置10は、バックライトフレーム11と、半導体発光素子がそれぞれに配列され、バックライトフレーム11に収容される複数の発光モジュール12とを備えている。また、バックライト装置10は、光学フィルムの積層体として、面全体を均一な明るさとするために光を散乱・拡散させる板(またはフィルム)である拡散板13と、前方への集光効果を持たせたプリズムシート14、15とを備えている。また、輝度を向上させるための拡散・反射型の輝度向上フィルム16が、必要に応じて備えられる。
一方、液晶表示モジュール50は、2枚のガラス基板により液晶が挟まれて構成される液晶パネル51と、この液晶パネル51の各々のガラス基板に積層され、光波の振動をある方向に制限するための偏光板52、53とを備えている。更に、本液晶表示装置には、
図示しない駆動用LSIなどの周辺部材も装着される。
図示しない駆動用LSIなどの周辺部材も装着される。
液晶パネル51は、図示しない各種構成要素を含んで構成されている。例えば、2枚のガラス基板に、図示しない表示電極、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)などのアクティブ素子、液晶、スペーサ、シール剤、配向膜、共通電極、保護膜、カラーフィルタ等を備えている。
図2は、バックライト装置10の構造を説明するための一例の図である。ここで、図2(a)は、発光モジュール12が装着されたバックライトフレーム11を、図1に示す液晶表示モジュール50側からみた上面図であり、図2(b)は図2(a)のIIB−IIB断面図である。本実施の形態では、液晶表示モジュール50の背面直下に光源を置く直下型のバックライト構造を採用している。そして、このバックライト構造では、液晶表示モジュール50の背面の全体に対してほぼ均等に、発光素子を有する発光装置60が配列されている。なお、本実施の形態で用いる発光装置60は、一般的にLEDパッケージと呼ばれるものである。
バックライトフレーム11は、例えばアルミニウムやマグネシウム、鉄、またはそれらを含む金属合金などで生成される筐体構造を形成している。そして、その筐体構造の内側に、例えば白色高反射の性能を有するポリエステルフィルムなどが貼られ、リフレクタとしても機能するようになっている。この筐体構造としては、液晶表示モジュール50の大きさに対応して設けられる背面部11a、この背面部11aの四隅を囲う側面部11bを
備えている。そして、この背面部11a上には放熱シート18を設けることができる。
備えている。そして、この背面部11a上には放熱シート18を設けることができる。
図2に示す例では、発光モジュール12が複数(この例では8枚)設けられている。そして、各発光モジュール12は、それぞれ複数(この例では1枚の発光モジュール12に対して2本)のネジ17により、放熱シート18を介してバックライトフレーム11に固定されている。
発光モジュール12は、基板の一例としての配線基板20と、この配線基板20に実装される複数(この例では28個)の発光装置60とを備えている。なお、各発光装置60は、後述する構成を備えることにより、それぞれが白色光を出力するようになっている。
図3は、本実施の形態で用いられる発光装置60の構成を説明するための一例の図である。ここで、図3(a)は発光装置60の平面図を、図3(b)は図3(a)のIIIB−IIIB線に対応する断面図を、それぞれ示している。
この発光装置60は、上部側に凹部61aが形成された樹脂容器61と、樹脂容器61と一体化したリードフレームからなるアノード用リード部62およびカソード用リード部63と、凹部61aの底面70に取り付けられた半導体発光素子64と、凹部61aを覆うように設けられた封止樹脂65とを備えている。なお、図3(a)においては、封止樹脂65の記載を省略している。
また、この発光装置60の封止樹脂の出射面65cには、バリア層90が積層されている。
また、この発光装置60の封止樹脂の出射面65cには、バリア層90が積層されている。
樹脂容器61は、アノード用リード部62およびカソード用リード部63を含む金属リード部に、白色顔料が含有された熱可塑性樹脂(以下の説明では白色樹脂と呼ぶ)を射出成型することによって形成されている。
この樹脂容器61を構成する白色樹脂は、可視光の光反射率が85%以上であって98%以下となるように白色顔料の含有率、粒径等が調整されている。言い換えると、樹脂容器61の可視光の光吸収率が15%未満とされている。白色顔料としては、亜鉛華、鉛白、リトポン、チタニア(酸化チタン)、酸化アルミニウム、沈降性硫酸バリウムおよびバライト粉が挙げられる。特に酸化チタンを用いることが好ましい。チタニアは、他の白色顔料に比べて屈折率が高く、また、光吸収率が低いので、本実施形態の樹脂容器61に好適に用いることができる。
また、製造工程でハンダリフローなどの温度がかかる工程が複数あるので、白色樹脂は、耐熱性も十分考慮された材質が選定されている。この樹脂容器61の基材となる樹脂としては、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン(PU)、ポリスチレン(PS)、ABS樹脂(ABS)、アクリル樹脂(PMMA)、ポリアセタール樹脂(POM)、液晶ポリマー(LCP)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、エポキシ樹脂等が挙げられる。
これらの中でもポリアミドや液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリスチレンなどが好適に使用される。ポリアミドには、例えば、ナイロン6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン4T、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5T等のPPA(polyphthalamide)類が挙げられる。本実施の形態では、ジアミンとイソフタル酸又はテレフタル酸との共重合体であるナイロン4T、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5Tが特に好ましい。
これらの中でもポリアミドや液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリスチレンなどが好適に使用される。ポリアミドには、例えば、ナイロン6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン4T、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5T等のPPA(polyphthalamide)類が挙げられる。本実施の形態では、ジアミンとイソフタル酸又はテレフタル酸との共重合体であるナイロン4T、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5Tが特に好ましい。
樹脂容器61に設けられる凹部61aは、円形状を有する底面70と、底面70の周縁から樹脂容器61の上部側に向けて拡開するように立ち上がる壁面80とを備えている。ここで、底面70は、凹部61aに露出するアノード用リード部62(導体部)およびカソード用リード部63(導体部)と、アノード用リード部62とカソード用リード部63との間の隙間に露出する樹脂容器61の白色樹脂とによって構成されている。ただし、底面70の半分以上の領域が、アノード用リード部62(導体部)とカソード用リード部63(導体部)とによって占められている。一方、壁面80は、樹脂容器61を構成する白色樹脂によって構成されている。なお、底面70の形状については、円形、矩形、楕円形、多角形のいずれでもよい。また、壁面80の形状は、円形、矩形、楕円形、多角形のいずれでもよく、また、底面形状と同一でもよく、本実施の形態のように異なっていてもよい。
導体部の一例としてのアノード用リード部62およびカソード用リード部63は、それぞれの一部が樹脂容器61内に挟まれて保持されるとともに、他の一部が樹脂容器61の外部に露出されており、半導体発光素子64に電流を印加するための端子となっている。表面実装を前提とするときは、図3に示すように、アノード用リード部62およびカソード用リード部63をそれぞれ樹脂容器61の裏側に折り曲げて樹脂容器61の底部にその先端を配設することが望ましい。
また、アノード用リード部62およびカソード用リード部63すなわちリードフレーム(金属導体)は、0.1mm〜0.5mm程度の厚みをもつ金属板であり、銅合金等の金属導体をベースとし、その表面には銀メッキが施されることによって銀メッキ層が形成されている。したがって、凹部61aの底面70には、金属導体であるアノード用リード部62の一部(導体部)およびカソード用リード部63の一部(導体部)の銀メッキ層が露出していることになる。
一般に、銀メッキの条件を公知な条件が適用される。
半導体発光素子64は、凹部61aの底面70に露出するカソード用リード部63上に、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂からなるダイボンド剤で接着され、固定されている。
この半導体発光素子64は、n型電極およびp型電極を有しており、ボンディングワイヤを介して、p型電極がアノード用リード部62に、n型電極がカソード用リード部63に、それぞれ接続されている。なお、本実施の形態で用いた発光装置60では、図3(a)に示すように、半導体発光素子64が、円形状を有する底面70のほぼ中央部に取り付けられている。
この半導体発光素子64は、n型電極およびp型電極を有しており、ボンディングワイヤを介して、p型電極がアノード用リード部62に、n型電極がカソード用リード部63に、それぞれ接続されている。なお、本実施の形態で用いた発光装置60では、図3(a)に示すように、半導体発光素子64が、円形状を有する底面70のほぼ中央部に取り付けられている。
半導体発光素子64は、波長領域に関し何ら制限なく使用される。青色領域に主発光ピークを有する半導体発光素子64を用いる場合には、例えば、430nm以上500nm以下の波長領域に主発光ピークを有する半導体発光素子64が使用できる。青色領域に主発光ピークを有する半導体発光素子64を用いる場合には、公知なものが好ましく使用される。青色領域に主発光ピークを有する半導体発光素子64としては、例えば、サファイア基板の上に形成されるAlNからなるシード層と、シード層上に形成される下地層と、GaNを主体とする積層半導体層とを少なくとも備えたものが例示として挙げられる。なお、積層半導体層は、基板側から下地層、n型半導体層、発光層、p型半導体層の順に積層されて構成されたものを例示できる。
封止樹脂65は、半導体発光素子64が発する光を吸収してより長波長の光を発する二種類以上の蛍光体(以下、蛍光体粉体ともいう)65aと、蛍光体粉体65aを均一に分散させた状態で含有する透明樹脂65bとから構成されている。この例において、蛍光体粉体65aは、半導体発光素子64が発する青色光を吸収して緑色光を発する緑色蛍光体と、半導体発光素子64が発する青色光を吸収して赤色光を発する赤色蛍光体とを含んでいる。なお、赤色蛍光体は、緑色蛍光体が発する光でも励起されるので、緑および赤の蛍光体の比率により、発光装置60から出力される光の色度の動きは非常に複雑に変化する。このような色度の調節には、半導体発光素子64の発光波長と、緑および赤の蛍光体の比率と、封止樹脂65における蛍光体の濃度と、封止樹脂65の上面すなわち光が出射される出射面65cの形状とが関係する。
この発光装置60においては、半導体発光素子64が発する青色光と、蛍光体粉体65aに含まれる緑色蛍光体が発する緑色光と、同じく蛍光体粉体65aに含まれる赤色蛍光体が発する赤色光とによって、青、緑、赤の3原色が揃う。このため、封止樹脂65の出射面65cからは、白色光が出射されるようになっている。液晶表示装置のバックライトとしてこの白色光を使った場合の色再現範囲は、半導体発光素子64の主発光ピークの波長および半値幅と、蛍光体粉体65aの発光ピークの波長および半値幅とで決まる。
上述した蛍光体粉体65aに好適に用いられる緑色蛍光体は、シリケート系蛍光体(BaSiO4:Eu2+)が好ましく、また、赤色蛍光体は窒化物蛍光体(CaAlSiN3:Eu2+)が好ましい。これらの緑色蛍光体および赤色蛍光体は、真密度が3.5〜4.7g/cm3と比較的低く、平均粒径も質量平均で10μm程度の粉体の作成が可能であるためである。
ここで、緑色蛍光体(BaSiO4:Eu2+)は、励起波長が380〜440nm、発光波長が508nmであるので、本実施の形態で用いる青色光を緑色光に変換するための要求特性に対しては、励起波長も発光波長も短すぎる。ただし、Baの一部をSr、Ca、Mgなどの他のアルカリ土類元素で置き換えることで、励起波長及び発光波長を長波長側に移動させることができる。本実施の形態では、励起波長を455nmに、発光波長528nmにそれぞれ調節することが好ましい。
また、赤色蛍光体(CaAlSiN3:Eu2+)は、励起波長が400〜500nm、発光波長が640nmである。ピーク波長の半値幅は使用目的によって異なる。照明用ではできるだけピーク波長の波形がブロードなものが良いが、本実施の形態のような液晶表示装置のバックライト用途では、できるだけ波形がシャープなものが良い。照明用で演色性(太陽光の下で見た色と同じに見える度合い)を高めるためには、できるだけ太陽光と同じ波長分布をしている必要があり、すべての波長を同程度含んでいることが要求される。これに対し、液晶表示装置のバックライトに使った場合の色再現範囲は青、緑、赤の色度座標上の3点ができるだけ広い必要がある。すなわち色純度ができるだけ高いことが重要である。そのためには3原色の波長分布をできるだけシャープにすることが好ましい。
一方、封止樹脂65を構成する透明樹脂65bとしては、可視領域において透明な各種樹脂を適用して差し支えない。
透明樹脂65bとしては、凹部61aを覆うように封止する硬化性樹脂と、これを硬化させる硬化剤と、さらに必要により配合される、例えば酸化防止剤、変色防止剤、光劣化防止剤、反応性希釈剤、無機充填剤、難燃剤、有機溶剤等を含むものがよい。
硬化性樹脂としては、主剤及び硬化剤と、主剤と硬化剤との硬化反応を促進する硬化反応促進剤を含む2液型硬化性樹脂が挙げられる。具体的には、例えば、硬化性シリコーン樹脂、硬化性エポキシ樹脂、硬化性エポキシシリコーン混成樹脂、硬化性アクリル樹脂、硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの中でも、硬化性シリコーン樹脂、硬化性エポキシ樹脂が好ましい。
透明樹脂65bとしては、凹部61aを覆うように封止する硬化性樹脂と、これを硬化させる硬化剤と、さらに必要により配合される、例えば酸化防止剤、変色防止剤、光劣化防止剤、反応性希釈剤、無機充填剤、難燃剤、有機溶剤等を含むものがよい。
硬化性樹脂としては、主剤及び硬化剤と、主剤と硬化剤との硬化反応を促進する硬化反応促進剤を含む2液型硬化性樹脂が挙げられる。具体的には、例えば、硬化性シリコーン樹脂、硬化性エポキシ樹脂、硬化性エポキシシリコーン混成樹脂、硬化性アクリル樹脂、硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの中でも、硬化性シリコーン樹脂、硬化性エポキシ樹脂が好ましい。
(硬化性シリコーン樹脂)
硬化性シリコーン樹脂としては、一般に、分子中にケイ素原子結合アルケニル基を有する化合物(主剤)と、分子中にケイ素原子結合水素原子を有する化合物(硬化剤)と、ヒドロシリル化反応触媒(硬化反応促進剤)とを含有してなる液状硬化性シリコーン樹脂が好ましい。主剤としては、1分子中に、好ましくは2個〜6個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンが挙げられる。ケイ素原子の結合したアルケニル基は、オルガノポリシロキサン分子中、分子鎖末端にあっても、分子鎖非末端にあっても、あるいはその両方にあってもよい。また、オルガノポリシロキサンの構造は、特に限定されるものではなく、例えば、直鎖状、分岐鎖状、三次元網状、環状等のいずれであってもよいが、好ましくは三次元網状である。
硬化剤としては、ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に少なくとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが挙げられる。ケイ素原子に結合した水素原子は、オルガノハイドロジェンポリシロキサン分子中、分子鎖末端にあっても、分子鎖非末端にあっても、あるいはその両方にあってもよい。また、オルガノハイドロジェンポリシロキサンの構造は、特に限定されるものではなく、例えば、直鎖状、分岐鎖状、三次元網状、環状等のいずれであってもよいが、好ましくは直鎖状または環状である。
硬化性シリコーン樹脂としては、一般に、分子中にケイ素原子結合アルケニル基を有する化合物(主剤)と、分子中にケイ素原子結合水素原子を有する化合物(硬化剤)と、ヒドロシリル化反応触媒(硬化反応促進剤)とを含有してなる液状硬化性シリコーン樹脂が好ましい。主剤としては、1分子中に、好ましくは2個〜6個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンが挙げられる。ケイ素原子の結合したアルケニル基は、オルガノポリシロキサン分子中、分子鎖末端にあっても、分子鎖非末端にあっても、あるいはその両方にあってもよい。また、オルガノポリシロキサンの構造は、特に限定されるものではなく、例えば、直鎖状、分岐鎖状、三次元網状、環状等のいずれであってもよいが、好ましくは三次元網状である。
硬化剤としては、ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に少なくとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが挙げられる。ケイ素原子に結合した水素原子は、オルガノハイドロジェンポリシロキサン分子中、分子鎖末端にあっても、分子鎖非末端にあっても、あるいはその両方にあってもよい。また、オルガノハイドロジェンポリシロキサンの構造は、特に限定されるものではなく、例えば、直鎖状、分岐鎖状、三次元網状、環状等のいずれであってもよいが、好ましくは直鎖状または環状である。
硬化反応促進剤としては、主剤であるオルガノポリシロキサン中のケイ素原子に結合したアルケニル基と、硬化剤であるオルガノハイドロジェンポリシロキサン中のケイ素原子結合水素原子とのヒドロシリル化反応を促進するヒドロシリル化反応触媒が挙げられる。ヒドロシリル化反応触媒としては、特に限定されず、従来公知のものが全て使用できる。例えば、白金黒、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応生成物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒;パラジウム系触媒、ロジウム系触媒等の白金族金属系触媒等が挙げられる。
(硬化性エポキシ樹脂)
硬化性エポキシ樹脂の主剤としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有し、室温(例えば、25℃)で液状のものであれば使用可能である。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA等のビスフェノール型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリフェノールプロパン型エポキシ樹脂等のトリフェノールアルカン型エポキシ樹脂;フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの硬化性エポキシ樹脂は1種単独で又は2種以上混合して用いることができる。
硬化性エポキシ樹脂の主剤としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有し、室温(例えば、25℃)で液状のものであれば使用可能である。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA等のビスフェノール型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリフェノールプロパン型エポキシ樹脂等のトリフェノールアルカン型エポキシ樹脂;フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの硬化性エポキシ樹脂は1種単独で又は2種以上混合して用いることができる。
硬化性エポキシ樹脂の硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、メタキシレリレンジアミン(MXDA)等の脂肪族ポリアミン;ジアミノジフェニルメタン(DDM)、m−フェニレンジアミン(MPDA)、ジアミノジフェニルスルホン(DDS)等の芳香族ポリアミン;ジシアンジアミド(DICY)、有機酸ジヒドララジド等を含むポリアミン化合物;ヘキサヒドロ無水フタル酸(HHPA)、メチルテトラヒドロ無水フタル酸(MTHPA)等の脂環族酸無水物;無水トリメリット酸(TMA)、無水ピロメリット酸(PMDA)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸(BTDA)等の芳香族酸無水物等を含む酸無水物;ノボラック型フェノール樹脂、フェノールポリマー等のポリフェノール化合物;ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテル等のポリメルカプタン化合物;イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネート等のイソシアネート化合物;カルボン酸含有ポリエステル樹脂等の有機酸類等の重付加型の硬化剤;ベンジルジメチルアミン(BDMA)、2,4,6−トリスジメチルアミノメチルフェノール(DMP−30)等の3級アミン化合物;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール(EMI24)等のイミダゾール化合物;BF3錯体等のルイス酸等の触媒型の硬化剤;レゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂;メチロール基含有尿素樹脂のような尿素樹脂;メチロール基含有メラミン樹脂のようなメラミン樹脂等の縮合型の硬化剤が挙げられる。これらの硬化剤は単独あるいは2種類以上組み合わせて使用することができる。
硬化剤の含有量は、特に限定されないが、通常、液状硬化性樹脂組成物全体の0.1質量%〜30質量%、好ましくは、5質量%〜15質量%の範囲で適宜選択される。
硬化剤の含有量は、特に限定されないが、通常、液状硬化性樹脂組成物全体の0.1質量%〜30質量%、好ましくは、5質量%〜15質量%の範囲で適宜選択される。
硬化性エポキシ樹脂の硬化反応促進剤としては、例えば、イミダゾール化合物、アミン化合物、トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類;テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート;ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物等が挙げられる。これらの中でも、イミダゾール化合物と、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物とが好ましい。
また、封止樹脂65には、白色光を出射させる出射面65cが設けられている。この例では、図3(b)に示すように、樹脂容器61の上部側すなわち凹部61aの開口部側に出射面65cが形成されている。
この発光装置60においては、図3(b)に示すように、好ましくは出射面65cの中央部が樹脂容器61の上面よりも凹んでおり、その凹み量dが上面から−20μm〜−100μmの範囲に設定されているのが特に好ましい。凹み量dは、樹脂容器61の開口端の高さと、出射面65cの最低高さとの差になる。なお、ここでは、樹脂容器61の開口端の高さを基準(0)としたとき、半導体発光素子64に近づく側をマイナス(−)としている。
この発光装置60においては、図3(b)に示すように、好ましくは出射面65cの中央部が樹脂容器61の上面よりも凹んでおり、その凹み量dが上面から−20μm〜−100μmの範囲に設定されているのが特に好ましい。凹み量dは、樹脂容器61の開口端の高さと、出射面65cの最低高さとの差になる。なお、ここでは、樹脂容器61の開口端の高さを基準(0)としたとき、半導体発光素子64に近づく側をマイナス(−)としている。
したがって、凹み量dが上面から−20μm〜−100μmの範囲とは、樹脂容器61の開口端の高さを0μmとしたときに、出射面65cの最低高さが上面よりも20μm〜100μmの範囲で半導体発光素子64側に位置していることを意味する。この凹み量dは、レーザー変位計(たとえばオムロン製 ZSHLD2)で行うことができる。
また、封止樹脂65の出射面65cには、透光性のバリア層90が積層されている。
本発明において、バリア層90は、少なくとも水蒸気透過率は、透湿度で5(g/m2・24時間)以下、好ましくは1(g/m2・24時間)以下、さらに望ましくは0.5(g/m2・24時間)以下のバリア性能を有す樹脂材料であればよく、その化学構造に何ら制限されるものではない。
また、本発明において、バリア層90は、少なくとも酸素透過率は、5000(cm3)/m2/24h/atm)以下、好ましくは2000(cm3)/m2/24h/atm)以下、さらに望ましくは500(cm3)/m2/24h/atm)以下のバリア性能を有す樹脂材料であればよく、その化学構造に何ら制限されるものではない。
また、本発明において、バリア層90は、硫化水素に対しても高いバリア性能を有することが好ましい。
このように、本発明において形成されるバリア層90は、水、酸素または硫化水素に対し高いガスバリア性を有し、封止樹脂65への侵入を防止することができる。
なお、水蒸気、酸素及び硫化水素等のガス透過率測定は、例えば、JIS K7126のガスクロ法に準じて容易に測定することができる。
本発明に関し、前記バリア層90は、好ましくはチオエポキシ樹脂から構成された膜であることがよく、この膜は、好ましくはエピスルフィド化合物と、SH基を1分子あたり2個以上有するメルカプタン化合物とからなる樹脂組成物で構成されたものが良い。
例えば、この樹脂組成物の水蒸気透過率は、透湿度で0.001〜0.3(g/m2・24時間)という極めて低い水蒸気透過性を示す。一方、封止樹脂65の構成材料として好適なシリコーン樹脂は、透湿度で13〜22(g/m2・24時間)程度なので、バリア層90を構成する樹脂組成物が優れたガスバリア性を有することが明らかである。
このようなバリア層90を封止樹脂65に積層することで、水、酸素、硫化水素等の封止樹脂65への侵入を防止することができる。これにより、水、酸素、硫化水素等が、凹部61aの底面70に露出するアノード用リード部62(導体部)、カソード用リード部63(導体部)及び半導体発光素子64まで達するおそれがない。
本発明において、バリア層90は、少なくとも水蒸気透過率は、透湿度で5(g/m2・24時間)以下、好ましくは1(g/m2・24時間)以下、さらに望ましくは0.5(g/m2・24時間)以下のバリア性能を有す樹脂材料であればよく、その化学構造に何ら制限されるものではない。
また、本発明において、バリア層90は、少なくとも酸素透過率は、5000(cm3)/m2/24h/atm)以下、好ましくは2000(cm3)/m2/24h/atm)以下、さらに望ましくは500(cm3)/m2/24h/atm)以下のバリア性能を有す樹脂材料であればよく、その化学構造に何ら制限されるものではない。
また、本発明において、バリア層90は、硫化水素に対しても高いバリア性能を有することが好ましい。
このように、本発明において形成されるバリア層90は、水、酸素または硫化水素に対し高いガスバリア性を有し、封止樹脂65への侵入を防止することができる。
なお、水蒸気、酸素及び硫化水素等のガス透過率測定は、例えば、JIS K7126のガスクロ法に準じて容易に測定することができる。
本発明に関し、前記バリア層90は、好ましくはチオエポキシ樹脂から構成された膜であることがよく、この膜は、好ましくはエピスルフィド化合物と、SH基を1分子あたり2個以上有するメルカプタン化合物とからなる樹脂組成物で構成されたものが良い。
例えば、この樹脂組成物の水蒸気透過率は、透湿度で0.001〜0.3(g/m2・24時間)という極めて低い水蒸気透過性を示す。一方、封止樹脂65の構成材料として好適なシリコーン樹脂は、透湿度で13〜22(g/m2・24時間)程度なので、バリア層90を構成する樹脂組成物が優れたガスバリア性を有することが明らかである。
このようなバリア層90を封止樹脂65に積層することで、水、酸素、硫化水素等の封止樹脂65への侵入を防止することができる。これにより、水、酸素、硫化水素等が、凹部61aの底面70に露出するアノード用リード部62(導体部)、カソード用リード部63(導体部)及び半導体発光素子64まで達するおそれがない。
また、本発明において、バリア層90の厚みは1〜3000μmの範囲が好ましく、10〜2000μmの範囲がより好ましく、50〜1000μmの範囲が最も好ましい。厚みが下限値以上であれば、水、酸素、硫化水素等の透過を防止することができる。また、厚みが上限値以下であれば、白色光を吸収することがなく、発光装置60の出力を高められる。
透光性のバリア層90は、好ましくは下記一般式(3)または(4)で表されるエピスルフィド化合物と、SH基を1分子あたり2個以上有するメルカプタン化合物とからなり、前記エピスルフィド化合物中のエピスルフィド基の総計のモル数に対する前記メルカプタン化合物中のSH基の総計のモル数が0.05〜0.5からなる樹脂組成物である。下記一般式(3)または(4)のm1、m2、n1、n2はそれぞれ、m1、m2が0〜4の整数であり、n1、n2が0〜1の整数であることが好ましい。
一般式(3)または(4)で表されるエピスルフィド化合物は、例えばビス(β−エピチオプロピル)スルフィド(n=0)またはビス(β−エピチオプロピル)ジスルフィド(n=1、m=0)等である。
また、チオエポキシを一部補完する目的でエポキシ化合物を用いることも出来る。このような化合物としては、例えば、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート806、828、834、1002、1004等のビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート806、807、4005P、東都化成(株)製の商品名YDF−170等のビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコートYX−8000、YX−8034等の水添エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート152、154、日本化薬(株)製の商品名EPPN−201、ダウケミカル社製の商品名DEN−438等のフェノールノボラック型エポキシ樹脂、日本化薬(株)製の商品名EOCN−125S、103S、104S等のo−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコートYX−4000,YL−6640等のビフェニル型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート1031S、ナガセ化成(株)製の商品名デナコールEX−611、EX−614、EX−614B、EX−622、EX−512、EX−521、EX−421、E−411、EX−321等の多官能エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート604、東都化成(株)製の商品名YH−434、三菱ガス化学(株)製の商品名TETRAD−X、TETRAD−C、日本化薬(株)製の商品名GAN、住友化学(株)製の商品名ELM−120等のアミン型エポキシ樹脂、ダイセル化学工業(株)製のセロキサイド2021P等の脂環式エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で又は2種類以上組み合わせて使用することができる。
また、チオエポキシを一部補完する目的でエポキシ化合物を用いることも出来る。このような化合物としては、例えば、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート806、828、834、1002、1004等のビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート806、807、4005P、東都化成(株)製の商品名YDF−170等のビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコートYX−8000、YX−8034等の水添エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート152、154、日本化薬(株)製の商品名EPPN−201、ダウケミカル社製の商品名DEN−438等のフェノールノボラック型エポキシ樹脂、日本化薬(株)製の商品名EOCN−125S、103S、104S等のo−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコートYX−4000,YL−6640等のビフェニル型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート1031S、ナガセ化成(株)製の商品名デナコールEX−611、EX−614、EX−614B、EX−622、EX−512、EX−521、EX−421、E−411、EX−321等の多官能エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート604、東都化成(株)製の商品名YH−434、三菱ガス化学(株)製の商品名TETRAD−X、TETRAD−C、日本化薬(株)製の商品名GAN、住友化学(株)製の商品名ELM−120等のアミン型エポキシ樹脂、ダイセル化学工業(株)製のセロキサイド2021P等の脂環式エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で又は2種類以上組み合わせて使用することができる。
エポキシ樹脂は一般にチオエポキシよりは相当安価であり、またガラス転移温度を上げる効果もあるが、使用量を多くすると肝腎の酸素や硫化水素ガスの透過性が下がってしまうため、チオエポキシ樹脂とエポキシ樹脂を配合後の割合で、等質量以下、好ましくは50質量%以下、更に好ましくは20質量%以下に留めるべきである。
また、SH基を1分子あたり2個以上有するメルカプタン化合物の例としては、メタンジチオール、メタントリチオール、1,2−ジメルカプトエタン、ビス(2−メルカプトエチル)スルフィド、ビス(2−メルカプトエチルエーテル)、ビス(2,3−ジメルカプトプロピル)スルフィド、1,2,3−トリメルカプトプロパン、2−メルカプトメチル−1,3−ジメルカプトプロパン、2−メルカプトメチル−1,5−ジメルカプト−3−チアペンタン、4−メルカプトメチル−1,8−ジメルカプト−3,6−ジチアオクタン、2,4−ビス(メルカプトメチル)−1,5−ジメルカプト−3−チアペンタン、4,8−ビス(メルカプトメチル)−1,11−ジメルカプト−3,6,9−トリチアウンデカン、4,7−ビス(メルカプトメチル)−1,11−ジメルカプト−3,6,9−トリチアウンデカン、5,7−ビス(メルカプトメチル)−1,11−ジメルカプト−3,6,9−トリチアウンデカン、3,5−ビス(メルカプトメチルチオ)−1,7−ジメルカプト−2,6−ジチアヘプタン、1,2,7−トリメルカプト−4,6−ジチアヘプタン、1,2,9−トリメルカプト−4,6,8−トリチアノナン、1,2,6,7−テトラメルカプト−4−チアヘプタン、1,2,8,9−テトラメルカプト−4,6−ジチアノナン、1,2,10,11−テトラメルカプト−4,6,8−トリチアウンデカン、1,2,12,13−テトラメルカプト−4,6,8,10−テトラチアトリデカン、エチレングリコールビス(チオグリコレート)、トリメチロールプロパントリス(チオグリコレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリ(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトブタノエート)、トリメチロールプロパントリ(3−メルカプトブタノエート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブタノエート)、テトラキス(メルカプトメチル)メタン、テトラキス(4−メルカプト−2−チアブチル)メタン、テトラキス(7−メルカプト−2,5−ジチアヘプチル)メタン、2,5−ビス(メルカプトメチル)−1,4−ジチアン、ビス(4−メルカプトフェニル)スルフィド、ビス(4−メルカプトメチルフェニル)メタン、2,2−ビス(4−メルカプトメチルフェニル)プロパン、ビス(4−メルカプトメチルフェニル)エーテル、ビス(4−メルカプトメチルフェニル)スルフィド等が挙げられるが、トリメチロールプロパントリス(チオグリコレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)、トリメチロールプロパントリ(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリ(3−メルカプトブタノエート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブタノエート)が特に好ましい。
エピスルフィド基を有する化合物とエポキシ基を有する化合物とを合計した総量に対してのSH基を持つ化合物の総量の質量比の下限としては0.02以上、好ましくは0.1以上、さらには0.2以上が特に好ましい。質量比が下限値を大幅に下回ると、硬化速度が遅くなり望ましくない。また上限値については、1.5以下、好ましくは1以下、さらには0.8以下が特に好ましい。また、配合質量比としては、0.02〜1.5の範囲が好ましい。質量比が上限値を超えると硬化樹脂が柔らなくなるので好ましくない。
また、一般式(2)のmが4を超えると可撓性が低下するので好ましくなく、nが1を超えるとガラス転移温度があまりに低下するので好ましくない。
また、一般式(2)のmが4を超えると可撓性が低下するので好ましくなく、nが1を超えるとガラス転移温度があまりに低下するので好ましくない。
次に、図3に示す発光装置60の発光動作について説明する。
アノード用リード部62を正極とし、カソード用リード部63を負極として半導体発光素子64に電流を流すと、半導体発光素子64は所定の発光光を出力する。例えば、半導体発光素子64に青色光を発光する半導体発光素子を用いた場合、半導体発光素子64から出力された青色光は、封止樹脂65内を進行し、直接あるいは底面70や壁面80で反射した後に出射面65cから外部に出射される。但し、出射面65cに向かう光の一部は、出射面65cで反射し、再び封止樹脂65内を進行する。この間、封止樹脂65内において、青色光の一部は蛍光体粉体65aによって緑色光および赤色光に変換され、変換された緑色光および赤色光は、直接あるいは底面70や壁面80で反射した後、青色光と共に出射面65cからバリア層90を経て外部に出射される。したがって、出射面65cからは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射されることになる。
アノード用リード部62を正極とし、カソード用リード部63を負極として半導体発光素子64に電流を流すと、半導体発光素子64は所定の発光光を出力する。例えば、半導体発光素子64に青色光を発光する半導体発光素子を用いた場合、半導体発光素子64から出力された青色光は、封止樹脂65内を進行し、直接あるいは底面70や壁面80で反射した後に出射面65cから外部に出射される。但し、出射面65cに向かう光の一部は、出射面65cで反射し、再び封止樹脂65内を進行する。この間、封止樹脂65内において、青色光の一部は蛍光体粉体65aによって緑色光および赤色光に変換され、変換された緑色光および赤色光は、直接あるいは底面70や壁面80で反射した後、青色光と共に出射面65cからバリア層90を経て外部に出射される。したがって、出射面65cからは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射されることになる。
では続いて、図4を参照しながら、図3に示す発光装置60の製造方法について説明する。
まず、アノード用リード部62およびカソード用リード部63を一体化したリードフレームに、白色樹脂を射出成形して、凹部61aを有する樹脂容器61を形成する。
樹脂容器61の凹部61aの底面70に露出するカソード用リード部63上に半導体発光素子64を接着固定し、ボンディングワイヤによって半導体発光素子64のp型電極及びn型電極と、対応するアノード用リード部62及びカソード用リード部63とを、それぞれ接続する。
まず、アノード用リード部62およびカソード用リード部63を一体化したリードフレームに、白色樹脂を射出成形して、凹部61aを有する樹脂容器61を形成する。
樹脂容器61の凹部61aの底面70に露出するカソード用リード部63上に半導体発光素子64を接着固定し、ボンディングワイヤによって半導体発光素子64のp型電極及びn型電極と、対応するアノード用リード部62及びカソード用リード部63とを、それぞれ接続する。
次に、凹部61aに、蛍光体粉体65aと未硬化状態の透明樹脂65bとを含む混合樹脂ペーストRを充填する。その際、半導体発光素子64およびボンディングワイヤを混合樹脂ペーストRによって覆うとともに、混合樹脂ペーストRの液面R1を樹脂容器61の上面61bよりも凹ませ、その凹み量dを上面61bから−20μm〜−100μmの範囲に設定する。例えば図4に示す例では、液面R1の中心部A1の高さと液面R1の端部B1の高さとの差を20μm〜100μmの範囲にする。
樹脂容器61の凹部61aに対する混合樹脂ペーストRの充填は、ペーストの吐出装置を用いたポッディング法で行うとよい。この吐出装置は、混合樹脂ペーストRを吐出する吐出ノズルNと、図示しない制御部とを具備して構成されている。
混合樹脂ペーストRは、真密度が3g/cm3以上4.7g/cm3以下の範囲が好ましい。さらに混合樹脂ペーストRは、質量平均粒径が7μm以上15μm以下の範囲である蛍光体粉体65aが、未硬化状態の透明樹脂65bに混合されてなるものが好ましく、粘度が4000cP〜15000cPの範囲に調整されてなるものがさらに望ましい。
なお、混合樹脂ペーストRの注入量は注入圧力によって制御される。液面R1の高さは、上述したレーザー変位計(たとえばオムロン製 ZSHLD2)で行うことができる。注入後の硬化熱処理をする前に液面R1の高さを測定し、その位置が凹部61aの端部B1同士を結んだ中点から−20μm〜−100μmに入るように注入圧力を制御すればよい。
次に、混合樹脂ペーストRを硬化させて封止樹脂65を形成する。硬化処理は、例えば、加熱等を行えばよい。
続いて、封止樹脂65の上にバリア層を積層する。例えば、前記エピスルフィド化合物と前記メルカプタン化合物を所定の比率で混合し、この混合物を封止樹脂65の上に塗布してから加熱硬化することで、バリア層90を形成すればよい。
その後、リードフレームをアノード用リード部62およびカソード用リード部63に分離する切断およびリードフレームの折り曲げを行って、発光装置60が得られる。
続いて、封止樹脂65の上にバリア層を積層する。例えば、前記エピスルフィド化合物と前記メルカプタン化合物を所定の比率で混合し、この混合物を封止樹脂65の上に塗布してから加熱硬化することで、バリア層90を形成すればよい。
その後、リードフレームをアノード用リード部62およびカソード用リード部63に分離する切断およびリードフレームの折り曲げを行って、発光装置60が得られる。
<実施の形態2>
図5は、本実施の形態が適用される発光装置60の構成を説明するための一例の図である。ここで、図5(a)は発光装置60の上面図を、図5(b)は図5(a)のIVB−IVB断面図を、それぞれ示している。
図5は、本実施の形態が適用される発光装置60の構成を説明するための一例の図である。ここで、図5(a)は発光装置60の上面図を、図5(b)は図5(a)のIVB−IVB断面図を、それぞれ示している。
この発光装置60の基本構成は、実施の形態1で用いたものとほぼ同じである。ただし、バリア層90が、封止樹脂65の出射面65cと樹脂容器61の上面61bとに渡って積層されている点が異なる。バリア層90の組成、厚み等は、実施の形態1と同様である。バリア層90を出射面65cと樹脂容器61の上面61bとに渡って積層することで、樹脂容器61と封止樹脂65の境界部がバリア層90で被覆される。これにより、樹脂容器61と封止樹脂65の境界部から侵入しようとする水、酸素、硫化水素をバリア層90によって抑止することができ、バリア性をより高めることができる。
<実施の形態3>
図6は、本実施の形態が適用される発光装置60の構成を説明するための一例の図である。ここで、図6(a)は発光装置60の上面図を、図6(b)は図6(a)のVB−VB断面図を、それぞれ示している。
図6は、本実施の形態が適用される発光装置60の構成を説明するための一例の図である。ここで、図6(a)は発光装置60の上面図を、図6(b)は図6(a)のVB−VB断面図を、それぞれ示している。
この発光装置60の基本構成は、実施の形態1で用いたものとほぼ同じである。ただし、リードフレームが4個の金属リード部、具体的には、第1アノード用リード部62a、第2アノード用リード部62b、第3アノード用リード部62c、およびカソード用リード部63によって構成されている点が異なる。また、これに伴って、樹脂容器61の凹部61aの底面70に、第1アノード用リード部62a(導体部)、第2アノード用リード部62b(導体部)、第3アノード用リード部62c(導体部)、およびカソード用リード部63(導体部)が露出している点が異なる。なお、これら第1アノード用リード部62a、第2アノード用リード部62b、第3アノード用リード部62c、およびカソード用リード部63の各表面には、実施の形態1と同様に、光沢度が0.3〜1.0、より好ましくは0.5〜0.7の範囲に収まる銀メッキが施されている。
さらに、この発光装置60は、3個の半導体発光素子すなわち第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、および第3半導体発光素子64cを備えている点が異なる。なお、第1半導体発光素子64aは凹部61aの底面70に露出する第1アノード用リード部62aに、第2半導体発光素子64bは凹部61aの底面70に露出する第2アノード用リード部62bに、第3半導体発光素子64cは凹部61aの底面70に露出する第3アノード用リード部62cに、それぞれ取り付けられる。そして、第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、および第3半導体発光素子64cは、実施の形態1で用いた半導体発光素子64と同じ構成を有しており、それぞれが青色光を出射するようになっている。
また、この発光装置60では、第1半導体発光素子64aのp型電極が第1アノード用リード部62aに、第2半導体発光素子64bのp型電極が第2アノード用リード部62bに、第3半導体発光素子64cのp型電極が第3アノード用リード部62cに、それぞれボンディングワイヤを介して接続されている。一方、これら第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、および第3半導体発光素子64cのそれぞれに設けられたn型電極は、共通のカソード用リード部63に接続されている。したがって、この発光装置60において、第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、および第3半導体発光素子64cは、並列に接続されていることになる。
さらに、この発光装置60では、第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、および第3半導体発光素子64cが、円形状を有する底面70の中央部からずれた位置にそれぞれ配置されている。
なお、実施の形態1〜実施の形態3では、封止樹脂65に蛍光体粉体65aを分散させ、バリア層90には蛍光体粉体65aを分散させない例を説明したが、本発明では封止樹脂65に蛍光体粉体65aを分散させず、バリア層90に蛍光体粉体65a(蛍光体粒子)を分散させてもよい。この結果、発光素子よりも離れて蛍光体が存在するので、熱に弱い蛍光粒子の場合には、熱劣化を防止することができる。また、本発明では、封止樹脂65とバリア層90の両方に蛍光体粉体65a(蛍光体粒子)を分散させてもよい。
また、実施の形態1〜実施の形態3では、発光装置60を用いて構成した発光モジュール12を、液晶表示装置のバックライト装置10に適用する例について説明を行ったが、これに限られるものではない。例えば発光モジュール12をシェード等と組み合わせることによって、空間や物体などを照明する照明装置として利用することもできる。
また、上述した発光装置60を、例えば信号機、スキャナの光源装置、プリンタの露光装置、車載用の照明機器、LEDのドットマトリクスを用いたLEDディスプレイ装置等にも適用することができる。
さらに、実施の形態1〜実施の形態3では、青色光を出力する半導体発光素子64(第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、第3半導体発光素子64c)と、青色光を緑色光に変換する蛍光体および青色光を赤色光に変換する蛍光体とを用いて、白色光を出力する例について説明を行ったが、これに限られるものではない。すなわち、半導体発光素子64の発光色(発光波長)については適宜選定して差し支えなく、また、蛍光体についても適宜旋転して差し支えない。そして、本発明においては、発光装置60が必ずしも蛍光体を含んでいる必要はなく、半導体発光素子64からの発光光をそのまま出力するものであってもよい。
以下に本発明の実施例について説明を行うが、本発明は本実施例に制限を受けるものではない。
表1は、実施例および比較例に用いた各試料とその構成との関係を示す。この実験では、寸法の異なる3種類の樹脂容器61を用意した。ここで第1の樹脂容器61(Type 1と呼ぶ)は、上面における縦横の大きさが3.5mm×2.8mmであり、第2の樹脂容器61(Type 2)は、上面における縦横の大きさが3.8mm×0.8mmであり、第3の樹脂容器61(Type 3)は上面における縦横の大きさが5.0mm×5.5mmであるものを使用した。また、Type 1〜Type 3の樹脂容器61を構成する白色樹脂の可視領域におけるそれぞれ光吸収率は7%である。なお、Type 1およびType 2の樹脂容器61を有する発光装置60は、図3に示した構造を有しており、それぞれには1個の半導体発光素子64が搭載されている。一方、Type 3の樹脂容器61を有する発光装置60は、図6に示した構造を有しており、3個の半導体発光素子64(第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、第3半導体発光素子64c)が搭載されている。
表1は、実施例および比較例に用いた各試料とその構成との関係を示す。この実験では、寸法の異なる3種類の樹脂容器61を用意した。ここで第1の樹脂容器61(Type 1と呼ぶ)は、上面における縦横の大きさが3.5mm×2.8mmであり、第2の樹脂容器61(Type 2)は、上面における縦横の大きさが3.8mm×0.8mmであり、第3の樹脂容器61(Type 3)は上面における縦横の大きさが5.0mm×5.5mmであるものを使用した。また、Type 1〜Type 3の樹脂容器61を構成する白色樹脂の可視領域におけるそれぞれ光吸収率は7%である。なお、Type 1およびType 2の樹脂容器61を有する発光装置60は、図3に示した構造を有しており、それぞれには1個の半導体発光素子64が搭載されている。一方、Type 3の樹脂容器61を有する発光装置60は、図6に示した構造を有しており、3個の半導体発光素子64(第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、第3半導体発光素子64c)が搭載されている。
発光装置60の製造方法は、前述の実施形態で説明に準じ行った。
まず、アノード用リード部62およびカソード用リード部63を一体化したリードフレームに、白色樹脂を射出成形して、凹部61aを有する樹脂容器61を形成した。次いで、樹脂容器61の凹部61aの底面70に露出するカソード用リード部63上に半導体発光素子64をダイアタッチペーストを用いてダイボンディングを行い、150℃で2時間加熱して硬化させたのち、金線を用いてワイヤボンディングを行い、半導体発光素子64のp型電極及びn型電極と、対応するアノード用リード部62及びカソード用リード部63とを、それぞれ接続した。なお、半導体発光素子64は、国際公開2008−087930号公報に記載の方法に準じて作製したものを用いた。
まず、アノード用リード部62およびカソード用リード部63を一体化したリードフレームに、白色樹脂を射出成形して、凹部61aを有する樹脂容器61を形成した。次いで、樹脂容器61の凹部61aの底面70に露出するカソード用リード部63上に半導体発光素子64をダイアタッチペーストを用いてダイボンディングを行い、150℃で2時間加熱して硬化させたのち、金線を用いてワイヤボンディングを行い、半導体発光素子64のp型電極及びn型電極と、対応するアノード用リード部62及びカソード用リード部63とを、それぞれ接続した。なお、半導体発光素子64は、国際公開2008−087930号公報に記載の方法に準じて作製したものを用いた。
そして、1つの樹脂容器61に1つの半導体発光素子64を搭載し、また1つの樹脂容器61に3つの半導体発光素子64(第1半導体発光素子64a、第2半導体発光素子64b、第3半導体発光素子64c)を並列に搭載したものを作製した。
次に、凹部61aに、蛍光体粉体65aと未硬化状態の透明樹脂65bとを含む混合樹脂ペーストRを充填した。その際、半導体発光素子64およびボンディングワイヤを混合樹脂ペーストRによって覆うとともに、混合樹脂ペーストRの液面R1を樹脂容器61の上面61bよりも凹ませ、その凹み量dを上面61bから−20μm〜−100μmの範囲に設定した。液面R1の中心部A1の高さと液面R1の端部B1の高さとの差を50μmとした。その後、混合樹脂ペーストRを加熱により硬化させて封止樹脂65とした。
次に、表1に示すエピスルフィド化合物とメルカプタン化合物を所定の比率で混合し、この混合物を封止樹脂65の上に積層し、加熱して硬化した。このようにしてバリア層90を形成した。
次に、表1に示すエピスルフィド化合物とメルカプタン化合物を所定の比率で混合し、この混合物を封止樹脂65の上に積層し、加熱して硬化した。このようにしてバリア層90を形成した。
但し、樹脂容器61の基体樹脂には、ガラス繊維と酸化チタンフィラー入りのナイロン9T(クラレ製ジェネスタ(商品名))を用いた。未硬化状態の透明樹脂65bの基体樹脂には、(i)硬化性シリコーン樹脂〔主剤のビニル基含有ポリジメチルシロキサンと、硬化剤のSiH基含有ポリジメチルシロキサンと、硬化反応促進剤の白金族金属系触媒〕または(ii)硬化性エポキシ樹脂〔主剤の水添ビスフェノールAと硬化剤の4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸(7:3)(商品名リカシッド)〕を使用した。
蛍光体粉体65aの蛍光体にはシリケート系の蛍光体(BaSrMg)2Si04 (Intematex社製Y-406)を65bに対して15質量%用いた。
蛍光体粉体65aの蛍光体にはシリケート系の蛍光体(BaSrMg)2Si04 (Intematex社製Y-406)を65bに対して15質量%用いた。
樹脂容器61用の樹脂には表−1に示す配合でチオエポキシ樹脂をハイシャアミキサー(テクノサポート社製L4RT)を用いてよく混合した後、簡易ディスペンサーを用いて硬化した65aの上に被覆し、オーブン中で30℃で7時間、100℃で1時間かけて硬化した。
そして、得られた各発光装置60に対し、定格通電電流20mAを流したところ、発光出力は17〜20mWの範囲を示した。
次に、このように製造した発光装置60の環境試験として、前記処理をした各25個の試験素子(全225個)をエージングボードに実装し、85℃、85%RH環境下で20mA通電試験を500時間行い、0時間に対する500時間後の発光出力の変化率を表1にまとめた。環境試験の結果、実施例の試験素子は発光出力の低下がなかった。
次に、このように製造した発光装置60の環境試験として、前記処理をした各25個の試験素子(全225個)をエージングボードに実装し、85℃、85%RH環境下で20mA通電試験を500時間行い、0時間に対する500時間後の発光出力の変化率を表1にまとめた。環境試験の結果、実施例の試験素子は発光出力の低下がなかった。
なお、代表的にType 1の樹脂容器に用いられたバリア層について、当該バリア層形成樹脂に対する水蒸気及び酸素のガス透過率測定をJIS K7126のガスクロ法に準じてガス透過率測定装置(GTTテック株式会社製GTR-30XASD型)で測定した。結果を表2にまとめた。実施例1〜7で用いられたバリア層形成樹脂の水蒸気透過率[g/m2・24時間]は、0.3(g/m2・24時間)以下であり、酸素透過率[cm3/m2/24h/atm]は500(cm3/m2/24h/atm)以下であった。
10…バックライト装置、12…発光モジュール、50…液晶表示モジュール、51…液晶パネル、60…発光装置、61…樹脂容器、61a…凹部、61b…上面、62…アノード用リード部、62a…第1アノード用リード部、62b…第2アノード用リード部、62c…第3アノード用リード部、63…カソード用リード部、64…半導体発光素子(発光素子)、64a…第1半導体発光素子、64b…第2半導体発光素子、64c…第3半導体発光素子、65…封止樹脂、65a…蛍光体粉体、65b…透明樹脂、65c…出射面、70…底面、80…壁面、90…バリア層。
Claims (9)
- 凹部を有する樹脂容器と、
前記樹脂容器の前記凹部の内側に露出した状態で配置される導体部と、
前記凹部の内側に設けられ、前記導体部と電気的に接続される発光素子と、
前記発光素子から出力される光に対する透光性を有し、前記凹部において当該発光素子を封止する封止樹脂と、
少なくとも前記封止樹脂上に積層されたバリア層と、
を含むことを特徴とする発光装置。 - 前記バリア層が、透湿度で5(g/m2・24時間)以下の水蒸気透過性を有する樹脂材料であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記バリア層が、1〜3000μmの範囲の膜厚を有することを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記封止樹脂中に蛍光体粒子が含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記バリア層中に、蛍光体粒子が含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記バリア層が、前記樹脂容器の上面に延出して形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の発光装置。
- 基板と、前記基板に取り付けられる複数の発光装置とを備え、
前記発光装置は、凹部を有する樹脂容器と、前記樹脂容器の前記凹部の内側に露出した状態で配置される導体部と、前記凹部の内側に設けられ、前記導体部と電気的に接続される発光素子と、前記発光素子から出力される光に対する透光性を有し、前記凹部において当該発光素子を封止する封止樹脂と、少なくとも前記封止樹脂上に積層されたバリア層と、を含むことを特徴とする発光モジュール。
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