JP2010232203A - Light emission device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発光装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a light emitting device.
LEDランプの光取り出し効率を向上するために様々な検討がなされている。特許文献1には、LEDチップが設置される凹部に充填される封止部材を、LEDチップ周囲の凹部底面上に設けられる光拡散層と、その他の凹部内に充填される光透過性封止層とからなる2層構造とする構成が開示されている。特許文献1の構成では、当該凹部底面付近での反射率を高めて光り取り出し効率を向上している。特許文献2には、LEDチップ周囲の凹部底面の他、凹部内側の表面に高い反射率を有する樹脂層を設けて光り取り出し効率の向上を図っている。
Various studies have been made to improve the light extraction efficiency of LED lamps. In
通常、LEDチップの封止部材としてガスバリア性の高いエポキシ樹脂系部材が使用される。ところが、エポキシ樹脂系の封止部材はLEDチップの熱により変色して光り取り出し効率を低下させる恐れがある。発熱量の多い高輝度LEDチップを使用する場合は光取り出し効率の低下が顕著となる。特許文献1及び2に開示の構成では、エポキシ樹脂系の封止部材の変色に起因する光取り出し効率の低下を防ぐことはできない。そこで、エポキシ樹脂系の封止部材に替えて、LEDチップの熱で変色しないシリコーン樹脂系の封止部材を使用することが考えられる。しかし、シリコーン樹脂系の封止部材はエポキシ樹脂系の封止部材に比べてガスバリア性が低いため、金属リードやLEDチップを囲繞するリフレクタ表面が外気に触れることとなる。これにより、金属リードの表面が変色して光取り出し効率が低下する。特に、金属リードの表面に銀メッキが施されている場合には当該反射率の低下が顕著となる。
そこで、本発明は、光取り出し効率が向上されるとともに、光取り出し効率の低下が防止される発光装置の構成または製造方法を提供することを目的とする。
Usually, an epoxy resin-based member having a high gas barrier property is used as a sealing member for the LED chip. However, the epoxy resin-based sealing member may be discolored by the heat of the LED chip to reduce the light extraction efficiency. When using a high-brightness LED chip that generates a large amount of heat, the light extraction efficiency is significantly reduced. The configurations disclosed in
Accordingly, an object of the present invention is to provide a configuration or a manufacturing method of a light emitting device in which light extraction efficiency is improved and a decrease in light extraction efficiency is prevented.
以上の目的を達成するため、本発明は次の構成からなる。即ち、
ケースの凹部底面に表出する金属リードに搭載されたLEDチップと、
前記金属リードを被覆し、かつ前記LEDチップが表出するように設けられ、光拡散材が分散されてなる第1の封止層と、
前記第1の封止層の上に設けられる第2の封止層と、
を備える発光装置であって、
前記第1の封止層は第1の硬さを有し、前記第2の封止層は第2の硬さを有し、該第1の硬さは該第2の硬さよりも硬い、ことを特徴とする発光装置である。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. That is,
An LED chip mounted on a metal lead exposed on the bottom of the recess of the case;
A first sealing layer that covers the metal lead and is provided so that the LED chip is exposed, and in which a light diffusion material is dispersed;
A second sealing layer provided on the first sealing layer;
A light emitting device comprising:
The first sealing layer has a first hardness, the second sealing layer has a second hardness, and the first hardness is harder than the second hardness, This is a light-emitting device.
本発明の発光装置では、第1の封止層は第2の封止層よりも硬いため、第1の封止層は第2の封止層よりも高いガスバリア性を有する。これにより、金属リードの変色が防止され、光取り出し効率が向上する。さらに、第1の封止層には光拡散材が分散されているため、金属リードが変色した場合にも、当該光拡散材によりLEDチップの光を反射して取り出せるため、光取り出し効率の低下が防止される。 In the light emitting device of the present invention, since the first sealing layer is harder than the second sealing layer, the first sealing layer has a higher gas barrier property than the second sealing layer. Thereby, discoloration of the metal lead is prevented and the light extraction efficiency is improved. Furthermore, since the light diffusing material is dispersed in the first sealing layer, even when the metal lead is discolored, the light diffusing material can reflect and extract the light from the LED chip. Is prevented.
本発明の発光装置は、ケースの凹部底面に表出する金属リードにLEDチップが搭載される。発光装置は、フェイスアップ型SMDやフリップチップ型SMDなどのトップビュー型のLEDランプの他、サイドビュー型、砲弾タイプ型、COB型など各種のLEDランプパッケージを採用できる。金属リードには銀メッキを施すことが好ましい。光の取り出し効率が向上するからである。ケースの凹部表面に反射性をもたせることが好ましい。例えば、白色樹脂からなるケースとして、当該凹部の表面を白色の反射面とすることができる。これにより光の取り出し効率を向上できる。 In the light emitting device of the present invention, the LED chip is mounted on the metal lead exposed on the bottom surface of the concave portion of the case. The light emitting device can employ various LED lamp packages such as a side view type, a shell type, and a COB type in addition to a top view type LED lamp such as a face-up type SMD and a flip chip type SMD. The metal lead is preferably plated with silver. This is because the light extraction efficiency is improved. It is preferable to provide reflectivity to the concave surface of the case. For example, as a case made of a white resin, the surface of the concave portion can be a white reflecting surface. Thereby, the light extraction efficiency can be improved.
本発明の発光装置は、金属リードを被覆し、かつLEDチップが表出するように設けられ、光拡散材が分散されてなる第1の封止層を備える。第1の封止層の基材は、シリコーン樹脂であることが好ましい。LEDチップの発する熱によって変色しないため、当該熱により透明性が低下しないからである。光拡散材は熱、光により変色しないものが好ましい。光分散材としては、例えば、シリカ、シリコーン、ガラスビーズ、ガラス繊維などの透明フィラーや、酸化チタン、チタン酸カリウムなどの白色フィラーをあげることができる。中でも耐熱性、耐光性及び反射率の観点から酸化チタン、チタン酸カリウムが好ましい。フィラーの形状は特に限定されず、破砕状、りんぺん状、棒状、繊維状などとすることができる。 The light-emitting device of the present invention includes a first sealing layer that covers a metal lead and is provided so that an LED chip is exposed and in which a light diffusing material is dispersed. The base material of the first sealing layer is preferably a silicone resin. This is because the heat does not change due to the heat generated by the LED chip, and the transparency does not deteriorate due to the heat. The light diffusing material is preferably one that does not discolor due to heat or light. Examples of the light dispersion material include transparent fillers such as silica, silicone, glass beads, and glass fibers, and white fillers such as titanium oxide and potassium titanate. Of these, titanium oxide and potassium titanate are preferable from the viewpoints of heat resistance, light resistance and reflectance. The shape of the filler is not particularly limited, and may be a crushed shape, a chopped shape, a rod shape, a fiber shape, or the like.
本発明の発光装置は、第1の封止層の上に第2の封止層を備える。第2の封止層は、シリコーン樹脂からなることが好ましい。第1の封止層と同様に、LEDチップの発する熱によって変色しないため、当該熱により透明性が低下しないからである。第2の封止層は第1の封止層よりも柔らかい。第1の封止層の硬さを第1の硬さとし、第2の封止層の硬さを第2の硬さとするとき、例えば、第1の硬さはShoreD30以上、好ましくはShoreD30〜50、より好ましくはShoreD30〜40とし、第2の硬さはShoreA30〜80、好ましくはShoreA40〜70、より好ましくはShoreA40〜60である。このように、第1の封止層は第2の封止層よりも硬いため、第1の封止層は第2の封止層よりも高いガスバリア性を有する。これにより、金属リードが変色することが防止され、反射率の低下を防止できる。また、第1の封止層はレジン型のシリコーン樹脂へ光拡散材を分散させてなり、第2の封止層はエラストマ型のシリコーン樹脂からなることが好ましい。レジン型のシリコーン樹脂はエラストマ型のシリコーン樹脂よりも硬く、ガスバリア性が高いからである。また、第1の封止層と第2の封止層がともにシリコーン樹脂からなるため、両者の接着性が高く、剥離が防止されて信頼性が高い。 The light emitting device of the present invention includes a second sealing layer on the first sealing layer. The second sealing layer is preferably made of a silicone resin. This is because, like the first sealing layer, the color does not change due to the heat generated by the LED chip, and thus the transparency does not deteriorate due to the heat. The second sealing layer is softer than the first sealing layer. When the hardness of the first sealing layer is the first hardness and the hardness of the second sealing layer is the second hardness, for example, the first hardness is Shore D30 or more, preferably Shore D 30-50. More preferably, Shore D30-40, and the second hardness is Shore A 30-80, preferably Shore A 40-70, more preferably Shore A 40-60. Thus, since the first sealing layer is harder than the second sealing layer, the first sealing layer has a higher gas barrier property than the second sealing layer. Thereby, discoloration of the metal lead is prevented, and a decrease in reflectance can be prevented. The first sealing layer is preferably made by dispersing a light diffusing material in a resin type silicone resin, and the second sealing layer is preferably made of an elastomer type silicone resin. This is because resin-type silicone resins are harder than elastomer-type silicone resins and have higher gas barrier properties. In addition, since both the first sealing layer and the second sealing layer are made of a silicone resin, the adhesiveness between them is high, peeling is prevented, and the reliability is high.
本発明の他の局面は、発光装置の製造方法であって、以下のとおりである。すなわち、ケースの凹部底面に表出された金属リードへLEDチップを搭載するLEDチップ搭載ステップと、金属リードを被覆し、かつLEDチップが表出するように第1の封止層を形成する第1の封止層形成ステップと、第1の封止層の上に第2の封止層を形成する第2の封止層形成ステップと、を含む発光装置の製造方法であって、第1の封止層はレジン型シリコーン樹脂へ光拡散材を分散させてなる第1の封止部材からなり、第2の封止層はエラストマ型シリコーン樹脂からなる第2の封止部材からなる、ことを特徴とする発光装置の製造方法である。当該製造方法によれば、レジン型シリコーン樹脂からなる第1の封止層と、エラストマ型シリコーン樹脂からなり、第1の封止層の上に形成される第2の封止層とでLEDチップが封止される。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a light-emitting device as follows. That is, the LED chip mounting step of mounting the LED chip on the metal lead exposed on the bottom surface of the concave portion of the case, and the first sealing layer is formed so as to cover the metal lead and expose the LED chip. 1. A method for manufacturing a light emitting device, comprising: a first sealing layer forming step; and a second sealing layer forming step of forming a second sealing layer on the first sealing layer. The sealing layer is made of a first sealing member in which a light diffusing material is dispersed in a resin type silicone resin, and the second sealing layer is made of a second sealing member made of an elastomer type silicone resin. A method for manufacturing a light emitting device characterized by the following. According to the manufacturing method, an LED chip includes a first sealing layer made of a resin type silicone resin and a second sealing layer made of an elastomer type silicone resin and formed on the first sealing layer. Is sealed.
第2の封止層形成ステップにおいて第1の封止層及び第2の封止層は未硬化状態であり、第2の封止層形成ステップの後に、第1の封止層及び第2の封止層を同時に硬化する硬化ステップをさらに含むことが好ましい。第1の封止層及び第2の封止層を同時に硬化することにより、製造工程を簡略化することができる。硬化方法は、熱硬化、紫外線硬化、光硬化など使用する封止層の材料にあわせて適宜決定される。 In the second sealing layer forming step, the first sealing layer and the second sealing layer are in an uncured state, and after the second sealing layer forming step, the first sealing layer and the second sealing layer are formed. It is preferable to further include a curing step for simultaneously curing the sealing layer. By simultaneously curing the first sealing layer and the second sealing layer, the manufacturing process can be simplified. The curing method is appropriately determined according to the material of the sealing layer to be used, such as thermal curing, ultraviolet curing, or photocuring.
第1の封止層及び第2の封止層が未硬化の状態において、第1の封止層の粘度は第2の封止層の粘度よりも大きいことが好ましい。第2の封止層形成ステップ又は硬化ステップにおいて、第1の封止層と第2の封止層の混合及び相互拡散が防止されるからである。 In a state where the first sealing layer and the second sealing layer are uncured, the viscosity of the first sealing layer is preferably larger than the viscosity of the second sealing layer. This is because mixing and mutual diffusion of the first sealing layer and the second sealing layer are prevented in the second sealing layer forming step or the curing step.
第2の封止層には蛍光材が分散され、第2の封止層における蛍光材の重量比が、第1の封止層における光拡散材の重量比より小さいことが好ましい。上層となる第2の封止層が下層となる第1の封止層よりも比重が小さくなるため、第2の封止層形成ステップ又は硬化ステップにおいて、第1の封止層と第2の封止層の混合及び相互拡散が防止されるからである。
以下、本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。
It is preferable that a fluorescent material is dispersed in the second sealing layer, and the weight ratio of the fluorescent material in the second sealing layer is smaller than the weight ratio of the light diffusion material in the first sealing layer. Since the specific gravity of the second sealing layer as the upper layer is smaller than that of the first sealing layer as the lower layer, the first sealing layer and the second sealing layer are formed in the second sealing layer forming step or the curing step. This is because mixing and mutual diffusion of the sealing layer are prevented.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施例である発光装置1の斜視図を図1に示す。発光装置1は表面実装型のLEDランプであって、LEDチップ10、ケース20、金属リード30を備える。図1におけるA−A線断面図を図2に示す。ケース20はナイロン製の樹脂ケースであって、図1及び2に示すように部分円錐状の凹部21を備え、金属リード30ともにインサート成形されてなる。金属リード30はその一部が凹部21の底面に表出しており、当該表出領域には銀メッキが施されている。また、金属リード30の表出領域にはLEDチップ10が実装される。LEDチップ10はフェイスアップ型のLEDチップであって、ボンディングワイヤ11で金属リード30と電気的に接続される。
LEDチップ10は封止部材40によって封止される。封止部材40は第1の封止層41と、第2の封止層42とからなる。第1の封止層41はレジン型のシリコーン樹脂からなり、その硬度はShoreD30である。さらに、第1の封止層41には、10重量%の酸化チタン製の白色フィラーが分散されている。一方、第2の封止層42はエラストマ型のシリコーン樹脂からなり、その硬度はShoreA40である。図2に示すように、第1の封止層41は金属リード30の表出領域とLEDチップ10実装領域を除く凹部21の表面の略全域を覆うように設けられている。ただし、凹部21の底部21aにおける第1の封止層41の厚さは、LEDチップ10の高さよりも小さく、LEDチップ10の上面(凹部21の開口側の面)には第1の封止層41は形成されていない。第2の封止層42は第1の封止層41の上及びLEDチップ10の上に形成されて、凹部21を充填している。なお、第2の封止層42には10重量%の蛍光材が含有されている。
FIG. 1 shows a perspective view of a
The
次に、実施例の発光装置1と封止樹脂が異なる比較例を用い、比較実験を行った。比較例1の封止部材はレジン型のシリコーン樹脂からなる一層構造であって、その硬度はShoreD30である。比較例2の封止部材はエポキシ樹脂からなる一層構造であって、その硬度はShoreD80である。なお、比較例1、2の封止部材には10重量%の蛍光材がそれぞれ分散されている。
比較実験の実験条件は以下の通りである。まず、比較実験1は、1000時間の高温通電後の光度維持率を測定する。当該光度維持率が80%以上のものを○とし、80%未満のものを×とする。比較実験2は、雰囲気温度を−40℃から100℃への温度変化させて再度−40℃に戻すことを一サイクルとして、当該温度サイクルを1000回実施した後の点灯状態について、不点灯のものがないもの○とし、不点灯のものがあるもの×とする。なお、比較実験1、2はともに20個の発光装置を対象に行った。実施例及び比較例1、2の封止樹脂の種類と比較実験の結果を表1に示す。
Next, a comparative experiment was performed using a comparative example in which the
The experimental conditions of the comparative experiment are as follows. First,
比較実験1の結果によれば、表1に示すように、比較例1では光度が維持されたが、比較例2では光度の低下が著しかった。これは高温通電により、エポキシ樹脂からなる封止部材が変色し、光取り出し効率が低下したことが原因と考えられる。比較実験2の結果によれば、表1に示すように、比較例2では不点灯のものは発生しなかったが、比較例1では不点灯のものは発生した。これは、ボンディングワイヤに断線が生じて不点灯となったものである。この結果から、レジン型のシリコーン樹脂からなる一層構造の封止部材では、装置の信頼性が低いことがわかった。一方、実施例の発光装置1では、比較実験1において光度が維持されるとともに、比較実験2において不点灯となるものは発生しなかった。すなわち、実施例の発光装置1は、光取り出し効率の低下が防止されるとともに、信頼性の高い発光装置であることが確認できた。
さらに、実施例の発光装置1によれば、表1に示すように、第1の封止層41は第2の封止層42よりも硬度が高いため、第1の封止層41は第2の封止層42よりも高いガスバリア性を有する。これにより、銀メッキが施された金属リード30の変色が防止され、光取り出し効率の低下が防止される。さらに、第1の封止層41には光拡散材である白色フィラーが分散されているため、金属リード30が変色した場合にも、当該白色フィラーによりLEDチップ10の光を反射して取り出せるため、光取り出し効率の低下がより一層防止される。加えて、第1の封止層41はナイロン製のケース20の凹部21の内側面の略全域を覆っているため、当該凹部21の内側面の変色も防止され、光取り出し効率の低下が一層防止される。また、封止部材40は、第1の封止層41と第2の封止層42とからなる二層構造であるが、第1の封止層41と第2の封止層42はともにシリコーン樹脂からなるため、その接着性が高く、剥離などが生じにくい。
According to the result of the
Furthermore, according to the
本発明の実施例である発光装置1の製造方法の工程を示すフロー図を図3に示し、当該製造方法を以下に説明する。図3に示すように、まず、ケース20の凹部21底面21aに表出された金属リード30へLEDチップ10を搭載する(LEDチップ搭載ステップS1)。次に、金属リード30及び凹部21の内側面を被覆し、かつLEDチップ10の上面が表出するように、レジン型シリコーン樹脂へ白色フィラーを分散させてなる第1の封止層41を形成する(第1の封止層形成ステップS2)。第1の封止層41はポッティングにより形成する。なお、第1の封止層形成ステップS2において第1の封止層41は未硬化状態のままである。次に第1の封止層41の上にエラストマ型シリコーン樹脂からなる第2の封止層42を形成する(第2の封止層形成ステップS3)。第2の封止層42はポッティングにより形成する。なお、第2の封止層形成ステップS3において第1の封止層41及び第1の封止層42は未硬化状態のままである。そして、未硬化状態第1の封止層41及び第2の封止層42を同時に硬化する(硬化ステップS4)。当該硬化ステップS4における効果条件は、150℃、1時間である。
FIG. 3 is a flowchart showing the steps of the method for manufacturing the
未硬化状態において、第1の封止層41は第2の封止層42に対して、その粘度及び/又は比重が大きい。これにより、硬化ステップS4において、第1の封止層41と第2の封止層42のマイグレーション(拡散混合)が防止され、第1の封止層41が金属リード30の表出領域とLEDチップ10実装領域を除く凹部21の表面の略全域を良好に覆うことができる。これにより、光取り出し効率の低下が防止される。なお、本実施例では、白色フィラーを分散させてなる第1の封止層41を使用して当該製造方法により発光装置1を製造したが、白色フィラーを含まない第1の封止層を形成する場合にも、当該製造方法を適用することができる。この場合においても第1の封止層と第2の封止層のマイグレーション(拡散混合)が防止され、第1の封止層と第2の封止層を良好に形成することができる。
In the uncured state, the
本実施の発光装置1では第1の封止層41は10重量%の白色フィラーを含み、第2の封止層42は蛍光材を、第1の封止層41における白色フィラーの含有量と同じ10重量%含むこととしたが、第2の封止層42における蛍光材の重量比を、第1の封止層41における白色フィラーの重量比よりも小さくしてもよい。これにより、下層となる第1の封止層41の比重よりも上層となる第2の封止層42の比重が小さくできるため、第2の封止層形成ステップS3及び硬化ステップS4において、第1の封止層と第2の封止層のマイグレーションが防止できる。
In the
本発明の発光装置は、様々な装置の光源として利用することができる。 The light emitting device of the present invention can be used as a light source of various devices.
1 発光装置
10 LEDチップ
20 ケース
21 凹部
30 金属リード
40 封止部材
41 第1の封止層
42 第2の封止層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記金属リードを被覆し、かつ前記LEDチップが表出するように設けられ、光拡散材が分散されてなる第1の封止層と、
前記第1の封止層の上に設けられる第2の封止層と、
を備える発光装置であって、
前記第1の封止層は第1の硬さを有し、前記第2の封止層は第2の硬さを有し、該第1の硬さは該第2の硬さよりも硬い、ことを特徴とする発光装置。 An LED chip mounted on a metal lead exposed on the bottom of the recess of the case;
A first sealing layer that covers the metal lead and is provided so that the LED chip is exposed, and in which a light diffusion material is dispersed;
A second sealing layer provided on the first sealing layer;
A light emitting device comprising:
The first sealing layer has a first hardness, the second sealing layer has a second hardness, and the first hardness is harder than the second hardness, A light emitting device characterized by that.
前記金属リードを被覆し、かつLEDチップが表出するように第1の封止層を形成する第1の封止層形成ステップと、
前記第1の封止層の上に第2の封止層を形成する第2の封止層形成ステップと、
を含む発光装置の製造方法であって、
前記第1の封止層はレジン型シリコーン樹脂へ光拡散材を分散させてなる第1の封止部材からなり、前記第2の封止層はエラストマ型シリコーン樹脂からなる第2の封止部材からなる、ことを特徴とする発光装置の製造方法。 LED chip mounting step for mounting the LED chip on the metal lead exposed on the bottom surface of the concave portion of the case;
A first sealing layer forming step of covering the metal lead and forming a first sealing layer so that the LED chip is exposed;
A second sealing layer forming step of forming a second sealing layer on the first sealing layer;
A method of manufacturing a light emitting device including:
The first sealing layer is composed of a first sealing member in which a light diffusing material is dispersed in a resin type silicone resin, and the second sealing layer is composed of an elastomer type silicone resin. The manufacturing method of the light-emitting device characterized by these.
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