JP2010245477A - 光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

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匡慶 寺田
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Abstract

【課題】 支持体上に実装された発光素子又は受光素子を封止し、前記支持体上に一体化されたシリコーン硬化物の表面のべたつきが抑えられ、塵や埃の付着しにくい光デバイス、およびそれを効率よく製造する方法を提供する。
【解決手段】 支持体上に実装された発光素子又は受光素子、および該素子をヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物により封止することにより、前記支持体上に一体化されたシリコーン硬化物からなる光デバイスであって、前記シリコーン硬化物の表面を一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンで処理してなることを特徴とする光デバイス。
【選択図】 図５

Description

本発明は、支持体上に実装された発光素子又は受光素子とシリコーン硬化物が一体化してなる光デバイス、およびその製造方法に関する。
支持体上に実装された発光素子、例えば、ＬＥＤチップを硬化性シリコーン組成物で封止して、前記支持体とシリコーン硬化物を一体化してなる光デバイスは公知である。このような光デバイスの製造方法としては、例えば、支持体上に実装されたＬＥＤチップの配置に対応する凹状キャビティを有する型に、非常に薄い離型フィルムを被覆し、次いで、前記凹状キャビティに硬化性シリコーン組成物を充填した後、ＬＥＤチップを実装した前記支持体を型に圧接して、前記組成物を硬化する方法が挙げられる（特許文献１〜３参照）。
上記の方法において、ＬＥＤチップに対する応力を十分に緩和するためには、ゲル状あるいは低硬度ゴム状の硬化物を形成する硬化性シリコーン組成物を用いることが好ましいが、得られるシリコーン硬化物の表面のべたつきが強くなり、塵や埃が付着して外観不良を生じるという課題がある。
特開２００５−３０５９５４号公報 特開２００６−１４８１４７号公報 特開２００８−２２７１１９号公報
本発明の目的は、支持体上に実装された発光素子又は受光素子を封止し、一体化されたシリコーン硬化物の表面のべたつきを抑え、塵や埃の付着しにくい光デバイス、およびこのような光デバイスを効率よく製造する方法を提供することにある。
本発明の光デバイスは、支持体上に実装された発光素子又は受光素子、および該素子をヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物により封止することにより、前記支持体上に一体化されたシリコーン硬化物からなる光デバイスであって、前記シリコーン硬化物の表面を一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンで処理してなることを特徴とする。
上記オルガノポリシロキサンは、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、または式：ＳiＯ4/2で示される単位と式：Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で示される単位からなるポリシロキサンであることが好ましい。
また、上記シリコーン硬化物の形状は凸レンズ状であることが好ましい。
また、本発明の光デバイスの製造方法は、発光素子又は受光素子が実装された支持体を、前記素子に対向する位置にキャビティを有し、該キャビティの形状に変形した離型フィルムを密着した型の前記離型フィルム上にヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物を充填し、次いで前記支持体を前記型に圧接した状態で前記組成物を成形することによりシリコーン硬化物が一体化された光デバイスの製造方法であって、前記離型フィルムの前記組成物に接する面に一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンを予め塗布することを特徴とする。
上記方法において、離型フィルムは、フッ素樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム、又はポリオレフィン樹脂フィルムであることが好ましい。
また、上記方法において、オルガノポリシロキサンは、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、または式：ＳiＯ4/2で示される単位と式：Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で示される単位からなるポリシロキサンであることが好ましく、また、その塗布量は１ｍ2あたり０.０１〜１０ｇであることが好ましい。
本発明の光デバイスは、支持体上に実装された発光素子又は受光素子を封止し、一体化されたシリコーン硬化物の表面のべたつきが抑えられ、塵や埃を付着しにくいという特徴がある。また、本発明の製造方法は、このような光デバイスを効率よく製造できるという特徴がある。
シリコーン硬化物の形成前の光デバイスを示す一部破断の断面図である。 ヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物を充填する前の状態を示す一部破断の断面図である。 ヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物を充填後の状態を示す一部破断の断面図である。 ヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物を成形する状態を示す一部破断の断面図である。 シリコーン硬化物を一体化した光デバイスを示す一部破断の断面図である。 シリコーン硬化物を一体化した他の光デバイスを示す一部破断の断面図である。 シリコーン硬化物を一体化した他の光デバイスを示す一部破断の断面図である。
本発明の光デバイスは、支持体上に実装された発光素子又は受光素子、および該素子をヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物により封止して、一体化されたシリコーン硬化物を有するものである。発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップが例示される。ＬＥＤチップとしては、液相成長法やＭＯＣＶＤ法により基板上にＩnＮ、ＡlＮ、ＧaＮ、ＺnＳe、ＳiＣ、ＧaＰ、ＧaＡs、ＧaＡlＡs、ＧaＡlＮ、ＡlＩnＧaＰ、ＩnＧaＮ、ＡlＩnＧaＮ等の半導体を発光層として形成したものが好適である。
また、支持体としては、セラミックス基板、シリコン基板、金属基板、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン等の有機樹脂基板が例示される。支持体には、発光素子又は受光素子を実装する他、電気回路、該回路と前記ＬＥＤチップを電気的に接続するための、金線あるいはアルミニウム線等のボンディングワイヤ、該回路の外部リード等を有してもよい。なお、図５〜７で示される光デバイスにおいては、複数のＬＥＤチップを実装しているが、上記支持体を切断又は破断することによって、個別の光デバイスとすることが可能である。
また、シリコーン硬化物は、発光素子又は受光素子をヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物で封止する際に、一体化して形成されたものであり、前記支持体及び発光素子もしくは受光素子に接着していることが好ましい。このシリコーン硬化物は、透明な硬化物、あるいは蛍光体等を含有した硬化物であってもよい。また、このシリコーン硬化物の形状は特に限定されないが、例えば、凸レンズ状、円すい台状、四角すい台状が挙げられ、好ましくは、凸レンズ状である。
このようなシリコーン硬化物を形成するヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物は、一般に、一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン、およびヒドロシリル化反応用触媒からなり、透明の液状であることが好ましいが、必要に応じて無機質充填剤や蛍光体等を配合したものであってもよい。このような硬化性シリコーン組成物の粘度は特に限定されないが、２５℃において０.１〜２００Ｐa・ｓの範囲内の液状であることが好ましく、さらには、０.１〜３０Ｐa・ｓの範囲内の液状であることが好ましい。このような硬化性シリコーン組成物は一般に入手可能であり、例えば、東レ・ダウコーニング株式会社製のＳＥ１８９６ＦＲが例示される。
本発明の光デバイスでは、ヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物により発光素子又は受光素子を封止し、シリコーン硬化物を形成する際、一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンにより処理することにより、シリコーン硬化物表面の架橋の度合いを高めて、その粘着性を抑制し、塵や埃の付着を防止しようとするものである。このようなオルガノポリシロキサンは、一分子中にケイ素原子結合水素原子を少なくとも３個有するものであれば特に限定されない。このオルガノポリシロキサン中のケイ素原子に結合する基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基；ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等のアルケニル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；３−クロロプロピル基、３,３,３−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基等の置換または非置換の一価炭化水素基が例示され、好ましくは、脂肪族不飽和炭素−炭素結合を有さない一価炭化水素基である。
このようなオルガノポリシロキサンの分子構造は限定されず、例えば、直鎖状、一部分岐を有する直鎖状、分岐鎖状、樹枝状、網状、環状が例示される。また、その２５℃における粘度は１〜１,０００ｍＰa・ｓの範囲内であることが好ましく、さらには、１〜５００ｍＰa・sの範囲内であることが好ましく、特には、１〜１００ｍＰa・sの範囲内であることが好ましい。
このようなオルガノポリシロキサンとしては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、環状メチルハイドロジェンシロキサン、環状ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、式：(ＣＨ3)3ＳiＯ1/2で表されるシロキサン単位、式：Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で表されるシロキサン単位および式：ＳiＯ4/2で表されるシロキサン単位からなる共重合体、式：Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で表されるシロキサン単位および式：ＳiＯ4/2で表されるシロキサン単位からなる共重合体、式：(ＣＨ3)3ＳiＯ1/2で表されるシロキサン単位、式：Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で表されるシロキサン単位、式：(ＣＨ3)2ＳiＯ2/2で表されるシロキサン単位および式：ＳiＯ4/2で表されるシロキサン単位からなる共重合体、およびこれらの２種以上の混合物が例示され、特に、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、または式：ＳiＯ4/2で示される単位と式：Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で示される単位からなるポリシロキサンであることが好ましい。
このような光デバイスを製造する方法としては、例えば、発光素子又は受光素子が実装された支持体を、前記素子に対向する位置にキャビティを有し、該キャビティの形状に変形した離型フィルムを密着した型の前記離型フィルム上にヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物を充填し、次いで前記支持体を前記型に圧接した状態で前記組成物を成形することによりシリコーン硬化物が一体化された光デバイスの製造方法が挙げられる。本発明の方法では、上記の方法において、離型フィルムの硬化性シリコーン組成物に接する面に一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンを予め塗布することを特徴とする。
本方法では、支持体上に実装した発光素子又は受光素子をヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物で封止すると共に、シリコーン硬化物を成形することができる成形機を用いるが、このような成形機としては、一般に使用されているものを使用することができる。キャビティに離型フィルムを密着させるため、該型にエア吸引機構を有するものが好ましい。このエア吸引機構は、成形時には、前記離型フィルムをキャビティに密着させるために作用し、成形後は、エアをブローすることにより、離型フィルムを型より剥がしやすくすると共に、成形品を取り出しやすくする作用をする。
本方法を図面により説明する。図１は、シリコーン硬化物の形成前の光デバイスを示す一部破断の断面図である。図１では、支持体１にダイボンド剤等によりＬＥＤチップ２が実装され、該支持体１の表面に形成された回路または外部リード（いずれも図示せず）と前記ＬＥＤチップ２とをボンディングワイヤ３により電気的に接続されている。
図２は、ヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物を充填する前の状態を示す一部破断の断面図である。型４のキャビティの位置に併せて、ＬＥＤチップ２を実装した支持体１を対峙する。次に、支持体１と型４の間に、予め、一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンを塗布した離型フィルム５を供給し、型４に設けたエア吸引機構（図示せず）により、型のキャビティに密着させる。図３は、離型フィルム５で被覆した型４にヒドロシリル化反応硬化型シリコーン組成物６を供給した直後の状態を示す一部破断の断面図である。
図４は、ヒドロシリル化硬化性シリコーン組成物を成形する状態を示す一部破断の断面図である。支持体１を型４に圧接することより、離型フィルム５を挟持すると共に、封止領域の周囲部分が確実に閉止され、前記組成物のもれを防止することができる。
この離型フィルム６は、エア吸引等により容易に型に密着し、ヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物の硬化温度に対して耐熱性を有するものである。このような離型フィルムとしては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）フィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）フィルム、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロプロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）フィルム、ポリビニリデンフルオライド樹脂（ＰＢＤＦ）フィルム等のフッ素樹脂フィルム；ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）フィルム等のポリエステル樹脂フィルム；ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）フィルム、シクロオレフィンコポリマー樹脂（ＣＯＣ）フィルム等のフッ素不含のポリオレフィン樹脂フィルムが例示される。また、このような離型フィルムの厚みは特に限定されないが、０.０１ｍｍ〜０.２ｍｍ程度であることが好ましい。
本方法では、離型フィルムのヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物に接する面に、一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンを塗布することを特徴とする。このオルガノポリシロキサンは前記のとおりである。このオルガノポリシロキサンの塗布量は特に限定されないが、１ｍ2当り０．０１〜１０ｇとなる量であることが好ましく、さらには、０．０１〜５ｇとなる量であることが好ましく特には、０.０１〜２ｇとなる量であることが好ましい。
このヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物の硬化条件は特に限定されないが、例えば、５０〜２００℃、特には１００〜１５０℃で０.５〜６０分、特には１〜３０分程度加熱することが好ましい。また、必要に応じて１５０〜２００℃で０.５〜４時間程度の二次硬化（ポストキュア）を行ってもよい。
図５は、シリコーン製凸レンズを一体化した本発明の光デバイスを示す一部破断の断面図である。図５では、複数のＬＥＤチップが実装されているが、支持体をダイシングソー、レーザー等を用いて切断することによって個片の光デバイスとすることができる。
本発明の光デバイス及びその製造方法を実施例により詳細に説明する。なお、実施例中の粘度は２５℃における値である。
［実施例１］
圧縮成型機としてＴＯＷＡ株式会社製のＦＦＴ１００５を用いた。この圧縮成形機の上型に、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ２５６個を実装したアルミナ製回路基板をクリップで固定した。次に、図２で示すような凹状キャビティを有する型の上に、粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝１.５６重量％）を塗布量０.０５ｇ／ｍ２で塗布した、厚さ０.０５ｍｍのポリオレフィン樹脂フィルムを供給し、下型のエア吸引機構により下型に密着させた。その後、凹状キャビティに、粘度４００ｍＰａ・ｓのヒドロリル化反応硬化型シリコーンゲル組成物（東レ・ダウコーニング株式会社製の商品名ＳＥ１８９６ＦＲ；このヒドロシリル化反応硬化性シリコーンゲル組成物を１４０℃で５分加熱することにより、ＪＩＳ Ｋ ２２２０で規定の１／４稠度が約６０であるゲル状硬化物を形成する。）１.５ｇを充填し、上記支持体に実装された各ＬＥＤチップと各凹状キャビティが対向するように上型と下型を型締めし、１４０℃で５分間圧縮成形した。次いで、型開きし、シリコーン製凸レンズを一体化してなる光デバイスを取り出した。この光デバイスのシリコーン製レンズの表面は硬く、タックが弱く、指紋が転写されることもなかった。
［実施例２］
実施例１において、離型フィルムの表面を粘度が２５ｍＰａ・ｓである平均単位式：
[Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2]1.6(ＳiＯ4/2)1.0
で表されるシリコーンレジン（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝０.９７重量％）を塗布量０.０５ｇ／ｍ２で処理した以外は実施例１と同様にして、光デバイスを製造した。この光デバイスのシリコーン製レンズの表面は硬く、タックが弱く、指紋が転写されることもなかった。
［実施例３］
実施例１において、離型フィルムの表面を粘度が２５ｍＰａ・ｓである平均単位式：
[Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2]1.6(ＳiＯ4/2)1.0
で表されるシリコーンレジン（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝０.９７重量％）を塗布量１.００ｇ／ｍ２で処理した以外は実施例１と同様にして、光デバイスを製造した。この光デバイスのシリコーン製レンズの表面は硬く、タックが弱く、指紋が転写されることもなかった。
［実施例４］
実施例１において、離型フィルムの表面を粘度が６３ｍＰａ・ｓである分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝０.７０重量％）を塗布量０.０５ｇ／ｍ２で処理した以外は実施例１と同様にして、光デバイスを製造した。この光デバイスのシリコーン製レンズの表面は硬く、タックが弱く、指紋が転写されることもなかった。
［実施例５］
実施例１において、離型フィルムの表面を粘度が６３ｍＰａ・ｓである分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝０.７０重量％）を塗布量１.００ｇ／ｍ２で処理した以外は実施例１と同様にして、光デバイスを製造した。この光デバイスのシリコーン製レンズの表面は硬く、タックが弱く、指紋が転写されることもなかった。
［比較例１］
実施例１において、離型フィルムの表面を粘度が２０ｍＰａ・ｓである分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝１.５６重量％）で処理しない以外は実施例１と同様にして、光デバイスを製造した。この光デバイスのシリコーン製レンズの表面はタックが強く、指紋が転写された。
本発明の光デバイスは、支持体上に実装された発光素子又は受光素子を封止し、前記支持体上に一体化されたシリコーン硬化物の表面のべたつきが抑えられ、塵や埃の付着しにくいので、耐熱性等の信頼性が要求される光デバイスとして好適である。
１ 支持体
２ ＬＥＤチップ
３ ボンディングワイヤ
４ 型
５ 離型フィルム
６ ヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物
７ シリコーン硬化物

Claims (7)

  1. 支持体上に実装された発光素子又は受光素子、および該素子をヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物により封止することにより、前記支持体上に一体化されたシリコーン硬化物からなる光デバイスであって、前記シリコーン硬化物の表面を一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンで処理してなることを特徴とする光デバイス。
  2. オルガノポリシロキサンが、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、または式：ＳiＯ4/2で示される単位と式：Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で示される単位からなるポリシロキサンである、請求項１記載の光デバイス。
  3. シリコーン硬化物が凸レンズ状である、請求項１記載の光デバイス。
  4. 発光素子又は受光素子が実装された支持体を、前記素子に対向する位置にキャビティを有し、該キャビティの形状に変形した離型フィルムを密着した型の前記離型フィルム上にヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物を充填し、次いで前記支持体を前記型に圧接した状態で前記組成物を成形することによりシリコーン硬化物が一体化された光デバイスの製造方法であって、前記離型フィルムの前記組成物に接する面に一分子中に少なくとも３個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンを予め塗布することを特徴とする光デバイスの製造方法。
  5. 離型フィルムが、フッ素樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム、又はポリオレフィン樹脂フィルムである、請求項４記載の光デバイスの製造方法。
  6. オルガノポリシロキサンが、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、または式：ＳiＯ4/2で示される単位と式：Ｈ(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で示される単位からなるポリシロキサンである、請求項４記載の光デバイスの製造方法。
  7. オルガノポリシロキサンの塗布量が１ｍ2あたり０.０１〜１０ｇである、請求項４記載の光デバイスの製造方法。
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