JP2011228525A

JP2011228525A - 光半導体装置

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Publication number: JP2011228525A
Application number: JP2010097810A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kondo; 隆近藤; Mitsuharu Akazawa; 光治赤沢; Takashi Ozaki; 孝志尾崎
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: JP5738541B2

Abstract

【課題】ＬＥＤ点灯時に、高輝度を維持しながらも光半導体素子の封止材の温度上昇を抑制し、かつ、成形性に優れる光半導体装置、及び該装置に用いられる封止材を提供すること。
【解決手段】光半導体素子及び該光半導体素子を被覆する封止材を有する光半導体装置において、前記封止材が光半導体素子を埋設した第一封止材、及び該第一封止材の上に直接又は間接的に積層されてなる、蛍光体を含有する第二封止材を含んでなる光半導体装置であって、前記第一封止材及び／又は第二封止材が、体積中位粒径が2〜50μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量が3個数％以下、かつ、粒径が60μm以上の粒子の含有量が3個数％以下であるシリカ粒子を含有することを特徴とする光半導体装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、光半導体装置に関する。さらに詳しくは、光半導体点灯時の封止樹脂の温度上昇が抑制された光半導体装置、及び該装置に用いられる光半導体素子用封止材に関する。

白熱電球や蛍光灯にかわり、光半導体(発光ダイオード、ＬＥＤ)の発光装置が普及してきている。白色のＬＥＤ装置には種々タイプが挙げられるが、青色ＬＥＤを用い、封止樹脂に青色を黄色に変換する蛍光体を分散させて、青色と黄色の混色で白色を発光する発光形態が現在の白色ＬＥＤ装置の主流である。

蛍光体を分散させた樹脂(蛍光体含有樹脂)を用いて封止する方法としては、一般的に、蛍光体含有樹脂でＬＥＤチップをコートする方法や、カップ形状のＬＥＤ装置に蛍光体含有樹脂をポッティングする方法がある。また、シート状の蛍光体含有樹脂層を積層して封止する方法も挙げられる。

例えば、特許文献１では、ＬＥＤチップ周囲に透光性樹脂を封入して硬化後、その硬化された透光性樹脂上に蛍光材料を含有する樹脂で封止した発光装置が開示されている。かかる装置は、ＬＥＤチップの発光強度が強い上面方向でほぼ均一に蛍光材料を分布させることができるため、発光素子の発光色の色むらを防止すると共に、蛍光材料による波長変換の効率を向上させることが可能となる。また、高価な蛍光材料の使用が低減され、低コストの発光素子を実現することができる。

特開２０００−１５６５２８号公報

しかしながら、特許文献１のような構造をとる光半導体装置では、ＬＥＤチップの発光が、ＬＥＤチップ直上の蛍光材料にそのまま照射されるため、波長変換の際の損失エネルギーによって、該蛍光材料を含有する樹脂部分(蛍光体含有樹脂)の温度が極端に上昇して劣化しやすくなるという問題がある。

本発明の課題は、ＬＥＤ点灯時に、高輝度を維持しながらも光半導体素子の封止材の温度上昇を抑制し、かつ、成形性に優れる光半導体装置、及び該装置に用いられる封止材を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、光半導体素子及び該光半導体素子を被覆する封止材を有する光半導体装置において、前記封止材が光半導体素子を埋設する第一封止材及び蛍光体を含有する第二封止材を含む場合に、前記第一封止材及び／又は第二封止材に特定のシリカ粒子を分散させることにより、高い発光輝度を維持しながらも第二封止材の温度上昇を抑制し、さらには成形性に優れる装置が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、
〔１〕光半導体素子及び該光半導体素子を被覆する封止材を有する光半導体装置において、前記封止材が光半導体素子を埋設した第一封止材、及び該第一封止材の上に直接又は間接的に積層されてなる、蛍光体を含有する第二封止材を含んでなる光半導体装置であって、前記第一封止材及び／又は第二封止材が、体積中位粒径が2〜50μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量が3個数％以下、かつ、粒径が60μm以上の粒子の含有量が3個数％以下であるシリカ粒子を含有することを特徴とする光半導体装置、
〔２〕光半導体素子を埋設可能な第一封止材及び蛍光体を含有する第二封止材を含んでなる光半導体封止用キットであって、前記第一封止材及び／又は第二封止材が、体積中位粒径が2〜50μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量が3個数％以下、かつ、粒径が60μm以上の粒子の含有量が3個数％以下であるシリカ粒子を含有してなる、前記〔１〕記載の光半導体装置に用いられる光半導体封止用キット、ならびに
〔３〕光半導体素子を埋設可能な第一封止材及び蛍光体を含有する第二封止材を含んでなるシート状光半導体封止材であって、前記第一封止材の上に第二封止材が直接又は間接的に積層して一体化されたものであり、かつ、前記第一封止材及び／又は第二封止材が、体積中位粒径が2〜50μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量が3個数％以下、かつ、粒径が60μm以上の粒子の含有量が3個数％以下であるシリカ粒子を含有してなる、前記〔１〕記載の光半導体装置に用いられるシート状光半導体封止材
に関する。

本発明の光半導体装置は、光半導体素子を埋設する第一封止材及び蛍光体を含有する第二封止材を含む封止材によって光半導体素子が被覆されているが、ＬＥＤ点灯時の第二封止材の温度上昇が抑制され、光の散乱ロスもないことから高い輝度を維持し、さらには、成形性にも優れるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の態様１の光半導体封止用キットによるＬＥＤチップの封止の一例を示す図である。左図が第一封止材をポッティングした状態、中図が第一封止材による封止後で第二封止材をポッティングした状態、右図が封止材全てによる封止後の状態を示す図である。図２は、本発明の態様３の光半導体封止用キットによるＬＥＤチップの封止の一例を示す図である。左図が封止前、右図が封止後の状態を示す図である。図３は、本発明の態様４の光半導体封止用キットの一態様である、一体化したシート状光半導体封止材によるＬＥＤチップの封止の一例を示す図である。左図が封止前、右図が封止後の状態を示す図である。

本発明の光半導体装置は、光半導体素子(ＬＥＤチップ、あるいは単に素子ともいう)及び該光半導体素子を被覆する封止材を有する光半導体装置において、前記封止材が光半導体素子を埋設した第一封止材、及び該第一封止材の上に直接又は間接的に積層された、蛍光体を含有する第二封止材を含む光半導体装置であって、前記第一封止材及び／又は第二封止材が特定のシリカ粒子を含有することに大きな特徴を有する。具体的には、前記第一封止材が光半導体素子を被覆した上に、直接又は間接的に第二封止材が積層された構造を有する。よって、ＬＥＤチップからの発光は、第一封止材を通過して、第二封止材中の蛍光体によって波長変換されてそのまま放射されるため、輝度の高い発光が得られる。しかしながら、第一封止材を通過した発光がそのまま蛍光体に到達し、そこで波長変換されるため、波長変換の際の蛍光体の損失エネルギーが第二封止材に吸収されて、第二封止材の温度が上昇して、ひいては封止材の劣化を招くことになる。そこで、本発明では、第一封止材及び／又は第二封止材に特定の粒径及び粒度分布を有するシリカ粒子を配合することで、シリカ粒子の光散乱効果によって蛍光体に到達する光を分散させて蛍光体による発熱密度(封止材の単位体積あたりの発熱量)を低下させ、また、熱伝導効果によって第二封止材の発熱を逃がし易くさせる。その結果、封止材の温度上昇を抑制することが可能となって封止材の劣化を抑制し、高輝度を維持できると考えられる。なお、本明細書において、第一封止材と第二封止材が「直接積層」している状態とは、第一封止材上に第二封止材が直接積層又は配置された状態を表わし、「間接的に積層」しているとは、第一封止材と第二封止材の間に、常法に従って、任意の他の材を介して積層又は配置された状態を意味する。

本発明の光半導体装置は、光半導体素子及び該光半導体素子を被覆する封止材を有する光半導体装置において、前記封止材が光半導体素子を埋設した第一封止材、及び該第一封止材の上に直接又は間接的に積層された、蛍光体を含有する第二封止材を含み、該第一封止材及び／又は第二封止材が以下のシリカ粒子を含有する。

本発明におけるシリカ粒子とは、主成分がシリカである粒子であれば特に限定はなく、無水シリカのほか、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸マグネシウム等を含有するものが例示される。シリカは、青色の発光を散乱させる効果を有するものであり、例えば、正面から入射した青色発光が40度以上の角度で散乱した場合には、光強度を半減することができるという効果を奏するものである。なお、ここでいう「主成分」とは、粒子を構成する成分のうち50％以上を占める成分を意味する。

シリカ粒子の平均粒子径は、可視光を散乱でき、かつ成形後の第一封止材及び第二封止材の厚み以下となるものであればよい。具体的には、0.1〜200μmが好ましく、0.3〜50μmがより好ましい。また、封止加工による輝度低下を抑制する観点からは、2〜50μmが好ましい。よって、本発明で用いられるシリカ粒子の平均粒子径は、2〜50μmである。なかでも、ミー散乱による光の散乱は前方散乱が大きく、輝度低下の抑制効果が得られることから、2〜30μmが好ましい。なお、本明細書において、シリカ粒子の平均粒子径は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。

また、粒径の小さな粒子は、レイリー散乱を起こすため、粒径の小さな粒子が多いほど後方散乱が大きくなる。従って、シリカ粒子の粒径が1μm以下の粒子の含有量は、3個数％以下であり、好ましくは2個数％以下、より好ましくは実質的に0個数％である。一方、粒径の大きな粒子は、幾何光学の法則より、粒子−マトリックス界面での反射が大きくなるため、輝度低下を生じる。従って、シリカ粒子の粒径が60μm以上の粒子の含有量は、3個数％以下であり、好ましくは2個数％以下、より好ましくは実質的に0個数％である。なお、本明細書において、シリカ粒子の粒径が1μm以下の粒子の個数換算における含有量(個数％)及び粒径が60μm以上の粒子の個数換算における含有量(個数％)は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。

またさらに、シリカ粒子の粒径の変動係数(CV、％)は、輝度低下を抑制する観点から、30％以下が好ましく、0〜20％がより好ましい。なお、粒径の変動係数(CV、％)とは、粒度分布の標準偏差を平均値で割ったものであり、粒度分布のバラツキの尺度を示し、変動係数(CV、％)が小さいほど、バラツキが小さいことを意味する。

このような粒径及び粒度分布を有するシリカ粒子は、公知の方法に従って粒度分布を調整したものを用いてもよいし、市販品を用いてもよい。好適な市販品としては、宇部日東化成社製のN3N-3、NSN-20等の単分散シリカ粒子、日揮触媒化成社製のOSCAL等のシリカゾル、日本触媒社製のシーホスター等のアモルファスシリカ粒子等が例示される。

シリカ粒子の形状は、可視光を散乱できるものであればよく、球状、破砕形状が例示されるが、輝度低下を抑制する観点から、球状が好ましい。

第一封止材におけるシリカ粒子の含有量は、第一封止材中で均一に分散でき、かつ、第二封止材の温度上昇を抑制する観点から、0.1〜70重量％が好ましい。また、ＬＥＤの輝度低下を抑制する観点から、0.1〜60重量％がより好ましい。例えば、シリカ粒子を第一封止材に50重量％配合すると、熱伝導率が0.15W/mKから0.26W/mKに上昇して、第二封止材における発熱を逃がしやすくなる。

第二封止材におけるシリカ粒子の含有量は、第二封止材中で均一に分散でき、かつ、第二封止材の温度上昇を抑制する観点から、0.1〜70重量％が好ましい。また、ＬＥＤの輝度低下を抑制する観点から、0.1〜60重量％がより好ましい。

本発明においては、かかるシリカ粒子を第一封止材及び／又は第二封止材が含有するが、第二封止材への光集中の回避(光散乱性)の観点から、少なくとも第一封止材がシリカ粒子を含有することが好ましい。

また、本発明における第一封止材は光半導体素子を埋設する封止材である。

光半導体素子を埋設する封止材とは、封止時の加圧成形により光半導体素子を埋設することが可能な封止材であり、封止時に素子を包埋できる柔軟性に加えて、使用時には外部の衝撃から素子を保護するための強度を有することが必要となる。このような観点から、第一封止材には、素子を包埋することができる低弾性(可塑性)と、その後硬化して形状を保持する特性(後硬化性)が必要である。

かかる特性を有する第一封止材を構成する樹脂としては、可塑性と後硬化性を併せ持つ樹脂であれば特に限定はないが、耐久性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。なかでも、可塑性と後硬化性が発揮される温度は異なることから、２つの反応系を有するシリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂がより好ましい。

２つの反応系を有するシリコーン樹脂としては、例えば、シラノール縮合反応とエポキシ反応の２つの反応系を有するものや、シラノール縮合反応とヒドロシリル化反応の２つの反応系を有するもの(縮合-付加硬化型シリコーン樹脂)が例示される。

変性シリコーン樹脂としては、シロキサン骨格中のSi原子をB、Al、P、Tiなどの原子に一部置換した、ボロシロキサン、アルミノシロキサン、ホスファーシロキサン、チタナーシロキサン等のヘテロシロキサン骨格を有する樹脂や、シロキサン骨格中のSi原子にエポキシ基等の有機官能基を付加した樹脂が例示される。

これらの樹脂は、公知の製造方法により製造することができるが、縮合-付加硬化型シリコーン樹脂を例に挙げて説明する。例えば、両末端シラノール型シリコーンオイル、アルケニル基含有シラン化合物〔例、ビニル(トリメトキシ)シラン〕、及びエポキシ基含有ケイ素化合物〔例、(3-グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン〕の混合物に、縮合触媒(例、水酸化テトラメチルアンモニウム)を添加後、室温で2時間攪拌混合し、そこに、オルガノハイドロジェンシロキサン及びヒドロシリル化触媒(例、白金触媒)を加えて混合することにより、縮合-付加硬化型シリコーン樹脂を得ることができる。

また、シリコーン樹脂は、シリカ粒子と混合されることにより、高温でも適度な粘性を保持することから、高温でのプレス成型に対して良好な転写性を発揮することができ、成形性に優れた装置を得ることができる。

本発明における第二封止材は蛍光体を含有する。蛍光体としては、特に限定はなく、光半導体装置で用いられる公知の蛍光体が挙げられる。具体的には、青色を黄色に変換する機能を有する好適な市販品の蛍光体として、黄色蛍光体(α−サイアロン)、YAG、TAG等が例示される。

蛍光体の種類及び成形後の第二封止材の厚さによって混色程度が異なることから、蛍光体の含有量は一概には決定されない。

第二封止材の構成樹脂としては、従来から光半導体封止に用いられる樹脂であれば特に限定はなく、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられ、これらは、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。なかでも、耐久性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。

また、第一封止材及び第二封止材には、前記シリカ粒子、蛍光体、構成樹脂に加えて、硬化剤や硬化促進剤、さらに老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤が原料として配合されていてもよい。

第一封止材及び第二封止材は、前記組成となるのであれば、当業者に公知の方法に従って調製することができるが、それぞれの形状によって、本発明の光半導体装置に用いられる封止材としては以下の態様が挙げられる。
態様１：液状の第一封止材と液状の第二封止材とを含む光半導体封止用キット
態様２：シート状の第一封止材と液状の第二封止材とを含む光半導体封止用キット
態様３：液状の第一封止材とシート状の第二封止材とを含む光半導体封止用キット
態様４：シート状の第一封止材とシート状の第二封止材とを含む光半導体封止用キット

前記態様における液状封止材は、封止材の構成樹脂又は該樹脂の有機溶媒溶液に、第一封止材と第二封止材の少なくとも一方、好ましくは第一封止材、より好ましくは第一封止材と第二封止材にシリカ粒子を、さらに、第二封止材は蛍光体を、それぞれ添加して混合することにより得られる。混合方法は特に限定はない。なお、有機溶媒としては、特に限定はなく、当該分野で公知のものが使用できる。

前記態様におけるシート状封止材は、例えば、封止材の構成樹脂又は該樹脂の有機溶媒溶液に、第一封止材と第二封止材の少なくとも一方、好ましくは第一封止材、より好ましくは第一封止材と第二封止材にシリカ粒子を、第二封止材は蛍光体を、それぞれ添加して攪拌混合し、例えば、表面を剥離処理した離型シート(例えば、ポリエチレン基材)の上に、アプリケーター等を用いて適当な厚さに塗工し、溶媒の除去が可能な程度の温度で加熱して乾燥することにより成形することができる。加熱温度は、樹脂や溶媒の種類によって異なるため一概には決定できないが、80〜150℃が好ましく、90〜150℃がより好ましい。なお、得られたシートは、複数枚積層して20〜180℃で熱プレスして圧着させて一体化したものを、一枚のシート状封止材として用いてもよい。シート状封止材の厚みは、第一封止材と第二封止材とで異なり、シート状第一封止材は、耐熱性と光半導体素子の封止性の観点から、300〜5000μmが好ましく、500〜4000μmがより好ましい。シート状第二封止材は、耐熱性と成形性の観点から、50〜5000μmが好ましく、50〜4000μmがより好ましい。

また、態様４の光半導体封止用キットの一例として、シート状第一封止材(第一封止材からなる第一層)とシート状第二封止材(第二封止材からなる第二層)とが直接又は間接的に積層して一体化したシート状光半導体封止材も挙げられる。なお、「直接積層」しているシートとは、第一層上に第二層が直接積層されて形成されているシートを意味し、「間接的に積層」しているシートとは、第一層と第二層の間に、常法に従って、任意の他の層を介して積層され形成されているシートを意味する。

一体化したシート状光半導体封止材は、シート状第一封止材とシート状第二封止材を積層して圧着することにより、シート状光半導体封止材とすることができる。また、第一封止材又は第二封止材の一方をシート状に成形後、その上に直接、他方の封止材の樹脂溶液をアプリケーター等を用いて適当な厚さに塗工して、加熱乾燥することにより、一体化したシート状光半導体封止材を成形することができる。

一体化したシート状光半導体封止材の厚みは、350〜5000μmが好ましく、550〜4000μmがより好ましい。

かくして、各態様の光半導体封止用キットが得られる。また、本発明においては、輝度向上の観点から、第一封止材よりも第二封止材がＬＥＤチップから離れて配置されるのであれば、光半導体封止用キットは、前記第一封止材と第二封止材以外の他の封止材を含むことができる。他の封止材としては、例えば、第一封止材がシート状封止材である場合、基板との接着性の観点から、透光性樹脂からなる液状封止材(第三封止材ともいう)が用いられる。この場合、基板の上に、第三封止材、第一封止材、第二封止材の順で用いられる。第三封止材の構成樹脂としては、特に限定はないが、第一封止材の構成樹脂と同一であることが好ましい。

本発明の光半導体装置は、前記光半導体封止用キットで光半導体素子を被覆して封止したものである。具体的には、光半導体素子上を第一封止材及び第二封止材をこの順で用いて封止したものであり、第一封止材及び第二封止材をこの順に用いるのであれば特に限定はなく、当業者に公知の方法に従って製造することできる。よって、本発明の光半導体装置としては、平坦な面に光半導体素子が実装された形状のものであっても、カップ状の反射板内に光半導体素子が実装された形状のものであってもよい。以下に、用いる光半導体封止用キットの態様毎に具体的な装置態様を説明する。

態様１の光半導体封止用キットを用いた光半導体装置は、先ず、液状第一封止材をＬＥＤチップの上にポッティングして硬化後、次いで、該第一封止材上に第二封止材をポッティングして硬化して得られる。

態様２の光半導体封止用キットを用いた光半導体装置は、先ず、シート状第一封止材をＬＥＤチップの上に積層して硬化後、次いで、該第一封止材上に第二封止材をポッティングして硬化して得られる。なお、前記第三封止材を用いる際には、液状第三封止材をＬＥＤチップの上にポッティングして硬化後、その上にシート状第一封止材を積層して硬化し、次いで、該第一封止材上に第二封止材をポッティングして硬化して得られる。また、液状第三封止材としては、光散乱性や放熱性等の観点から、シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、チタン酸バリウム等の無機粒子を含有してもよい。

態様３の光半導体封止用キットを用いた光半導体装置は、先ず、液状第一封止材をＬＥＤチップの上にポッティングして、その上にシート状第二封止材を積層して、一括硬化して得られる。

態様４の光半導体封止用キットを用いた光半導体装置は、先ず、シート状第一封止材を光半導体素子搭載基板上に載置し、さらに、シート状第二封止材を積層して、一括して加圧成型することにより硬化して得られる。また、第一封止材(第一層)と第二封止材(第二層)とが一体化したシート状光半導体封止材を用いる場合は、該封止材を、第一層が光半導体素子に対向するように、光半導体素子搭載基板上に載置し、加圧成型することにより硬化して得られる。なお、態様２の光半導体封止用キットを用いる場合と同様にして、第三封止材を用いることができる。

各態様における樹脂の硬化は、当業者に公知の方法に従って行うことができ、例えば、金型を用いて、好ましくは0.1〜0.5MPa、より好ましくは0.1〜0.3MPaの加圧下で、好ましくは100〜180℃、1〜10分加熱することにより行うことができる。なお、加圧成型した場合は、室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、金型をはずして、ポストキュアを行うことができる。ポストキュアは、例えば、好ましくは100〜150℃の温度の乾燥機で、好ましくは15分〜6時間放置して行うことができる。

なお、いずれの装置においても、光半導体素子から第二封止材までの距離が長いほど、第二封止材での発熱が少なくなることから、光半導体素子と第二封止材との距離は800μm以上が好ましい。

本発明の光半導体装置は、封止材が特定のシリカ粒子を含有するために封止樹脂の温度上昇を抑制することが可能であり、青色素子等の高輝度ＬＥＤ素子や緑色ＬＥＤ素子等を搭載した光半導体装置であっても、発光輝度を高い状態で取り出しながらも、封止樹脂の温度上昇が抑制されて劣化が抑制されるため、好適に使用することができる。従って、本発明はまた、本発明の光半導体装置に用いられる、光半導体素子を埋設可能な第一封止材及び蛍光体を含有する第二封止材を含む光半導体封止用キットであって、前記第一封止材及び／又は第二封止材が前記シリカ粒子を含有する光半導体封止用キットを提供する。

本発明の光半導体封止用キットの具体的な態様としては、前記態様１〜４のキットが挙げられるが、発光の色ムラが少ない観点から、第二封止材がシート状である態様３及び４のキットが好ましい。また、簡便に一括封止することができることから、態様４のキットの一態様である、第一封止材と第二封止材とが一体化したシート状光半導体封止材が好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例等によりなんら限定されるものではない。

〔シリカ粒子の平均粒子径、粒径が1μm以下の粒子の含有量、粒径が60μm以上の粒子の含有量、及び変動係数(CV)〕
本明細書において、シリカ粒子の平均粒子径とは一次粒子の平均粒子径を意味し、シリカ粒子の粒子分散液について動的光散乱法で測定して算出される体積中位粒径(Ｄ₅₀)のことである。また、前記測定の際に得られた粒度分布から、粒径が1μm以下の粒子の含有量(個数％)、粒径が60μm以上の粒子の含有量(個数％)、及び粒度分布の変動係数(CV、％)を求める。

実施例１
＜第一封止材＞
シリコーンエラストマー(旭化成ワッカーシリコーン社製、ELASTOSIL LR-7665)5gに、シリカ粒子(宇部日東化成社製、N3N-3、平均粒子径3μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量0個数％、粒径が60μm以上の粒子の含有量0個数％、CV1.5％)を5g(シリカ粒子含有量：50重量％)加え、手攪拌により均一に分散し、液状樹脂を得た。

＜第二封止材＞
シリコーンエラストマー(LR-7665)8.4gに、YAGを1.6g(蛍光体含有量：16重量％)加え、手攪拌により均一に分散し、液状の蛍光体含有樹脂を得た。得られた蛍光体含有樹脂を、アプリケーターを用いて100μmの厚みに塗工し、100℃で10分乾燥して、蛍光体含有樹脂シートを得た。

＜光半導体装置＞
光半導体素子(波長域450nm)を実装した平板の基板上に、液状第一封止材を適量のせ、その上に蛍光体含有樹脂シートをのせた。その上に、大きさ8mm角、深さ1000μmの金属金型を載せて、真空プレス装置(ニチゴーモートン社製、V-130)を用いて、0.1MPa、160℃の条件下で5分プレスすることにより、光半導体装置を得た(成形物高さ1100μm、第一封止材厚さ1000μm、第二封止材厚さ100μm)。

実施例２
第一封止材におけるシリカ粒子の種類を、シリカ粒子(宇部日東化成社製、N3N-20、平均粒子径20μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量0個数％、粒径が60μm以上の粒子の含有量0個数％、CV1.6％)に変更する以外は、実施例１と同様にして、光半導体装置を得た(成形物高さ1100μm、第一封止材厚さ1000μm、第二封止材厚さ100μm)。

実施例３
＜第一封止材＞
両末端シラノール型シリコーン樹脂100g、ビニルトリメトキシシラン0.77g、及び、(3-グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン0.14gを攪拌混合後、水酸化テトラメチルアンモニウムメタノール溶液(濃度10重量％)0.19mLを加え、室温(25℃)で１時間攪拌後、オルガノハイドロジェンシロキサン2.19g、及び白金−1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体(白金濃度2重量％)0.025mLを加えて得られたシリコーン樹脂組成物(VHS3)5gに、シリカ粒子(N3N-20)を5g(シリカ粒子含有量：50重量％)加え、手攪拌により均一に分散し、液状のシリカ粒子含有樹脂を得た。

＜第二封止材＞
実施例１と同様にして、蛍光体含有樹脂シートを得た。

＜シート状光半導体封止材＞
第二封止材の蛍光体含有樹脂シート上に、得られた液状のシリカ粒子含有樹脂を、アプリケーターを用いて1000μmの厚みに塗工し、135℃で1分加熱して、第一封止材がＢステージの一体化したシート状光半導体封止材を得た。

＜光半導体封止＞
実施例１と同じ光半導体素子(波長域450nm)を実装した平板の基板上に、シリコーン樹脂(信越化学社製、KER2500)にシリカ粒子(N3N-20)を50重量％混合した樹脂溶液を適量のせ、200℃で5分間加熱後、その上に、第一封止材が基板に対向するよう、前記シート状光半導体封止材を載せ、実施例１と同様にして、光半導体装置を得た(成形物高さ1100μm、第一封止材厚さ1000μm、第二封止材厚さ100μm)。

実施例４
＜第一封止材＞
実施例２と同様にして、液状樹脂を得た。

＜第二封止材＞
シリコーンエラストマー(LR-7665)3.9gに、YAGを1.6g(蛍光体含有量：16重量％)加え、さらに、シリカ粒子(N3N-20)4.5g(シリカ粒子含有量：45重量％)を加え、手攪拌により均一に分散し、液状の蛍光体含有樹脂を得た。得られた蛍光体含有樹脂を、アプリケーターを用いて100μmの厚みに塗工し、100℃で10分乾燥して、シリカ−蛍光体含有樹脂シートを得た。

＜光半導体装置＞
実施例１と同様にして、光半導体装置を得た(成形物高さ1100μm、第一封止材厚さ1000μm、第二封止材厚さ100μm)。

実施例５
金型の種類を、大きさ8mm角、深さ2000μmの金属金型に変更する以外は、実施例２と同様にして、光半導体装置を得た(成形物高さ2100μm、第一封止材厚さ2000μm、第二封止材厚さ100μm)。

比較例１
第一封止材にシリカ粒子を含有させない以外は、実施例１と同様にして、光半導体装置を得た(成形物高さ700μm、第一封止材厚さ600μm、第二封止材厚さ100μm)。

比較例２
第一封止材におけるシリカ粒子の種類を、シリカ粒子(電気化学合成社製、FB-3SDC、平均粒子径3.4μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量12個数％、粒径が60μm以上の粒子の含有量0個数％、CV70％)に変更する以外は、実施例１と同様にして、光半導体装置を得た(成形物高さ1100μm、第一封止材厚さ1000μm、第二封止材厚さ100μm)。

比較例３
第一封止材におけるシリカ粒子の種類を、シリカ粒子(電気化学合成社製、FB-7SDC、平均粒子径5.8μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量8個数％、粒径が60μm以上の粒子の含有量0個数％、CV59％)に変更する以外は、実施例１と同様にして、光半導体装置を得た(成形物高さ1100μm、第一封止材厚さ1000μm、第二封止材厚さ100μm)。

比較例４
第一封止材におけるシリカ粒子の種類を、シリカ粒子(電気化学合成社製、FB-40S、平均粒子径40μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量2個数％、粒径が60μm以上の粒子の含有量15個数％、CV45％)に変更する以外は、実施例１と同様にして、光半導体装置を得た(成形物高さ1100μm、第一封止材厚さ1000μm、第二封止材厚さ100μm)。

得られた光半導体装置について、以下の試験例１〜４に従って、特性を評価した。結果を表１に示す。

試験例１(第二封止材の温度)
ヒートシンク(材質：銅)の上に、放熱用シリコーン(サンハヤト社製、SCH-30、熱伝導率0.96W/mK)を適量垂らし、その上に光半導体装置を固定し、点灯開始から10秒までは、100mA/秒で電流値を上げ、1Aに達してから3分後の第二封止材の最高温度(℃)を測定する。なお、温度測定は、サーモグラフィ(チノー社製、CPA1000)を用いて、点灯中の光半導体装置の上方よりフォーカスを合わせて行う。封止材温度は160℃以下であれば好ましく、120℃以下であればより好ましい。

試験例２(発光輝度)
各光半導体装置を50mA又は1Aで点灯させ、その際の発光輝度(μW/cm²/nm)を全天輝度計測に従って測定する。なお、輝度測定には積分球を使用し、マルチ測光システム(大塚電子社製、MCPD-3000)を用いて行う。1Aで点灯させた場合の発光輝度は、23000(μW/cm²/nm)以上が好ましい。

試験例３(輝度保持率)
試験例２において50mAで点灯させた装置について、比較例１の装置(シリカ粒子非含有)の試験開始直後の輝度を100％とした場合の輝度の保持率(％)を調べた。輝度保持率は93％以上であることが好ましく、95％以上であることがより好ましい。

試験例４(成形性)
各光半導体装置について成形物の高さを測定し、金型の高さを100％とした場合の相対高さを算出する。90％以上であれば「○」、90％未満であれば「×」として評価する。

表１より、特定の粒径及び粒度分布を有するシリカ粒子を封止材に含有する実施例は、封止材の温度上昇が抑制され、かつ、高い発光輝度の保持が可能であり耐光性に優れ、さらには、成形性にも優れることが分かる。なかでも、実施例１〜２は、単分散シリカを用いることにより、発熱を抑制しながら輝度保持率が95％以上であることが分かる。実施例３より、Ｂステージの樹脂を使用した一体型のシート状封止材を用いた場合にも、良好な特性の装置が得られることが分かる。実施例４より、第一封止材及び第二封止材のいずれにもシリカ粒子を配合した場合には温度上昇がより抑制され、実施例５より、成形体の高さを高くすることによっても温度上昇が抑制されることが示唆される。一方、比較例２〜４は、シリカ粒子の変動係数が大きいため、輝度保持率が低い。

本発明の光半導体装置は、例えば、液晶画面のバックライト、信号機、屋外の大型ディスプレイや広告看板等に好適に用いられる。

１第一封止材
２シリカ粒子
３蛍光体を含有する第二封止材
４金型
５基板
６ＬＥＤチップ
７第三封止材

Claims

光半導体素子及び該光半導体素子を被覆する封止材を有する光半導体装置において、前記封止材が光半導体素子を埋設した第一封止材、及び該第一封止材の上に直接又は間接的に積層されてなる、蛍光体を含有する第二封止材を含んでなる光半導体装置であって、前記第一封止材及び／又は第二封止材が、体積中位粒径が2〜50μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量が3個数％以下、かつ、粒径が60μm以上の粒子の含有量が3個数％以下であるシリカ粒子を含有することを特徴とする光半導体装置。
シリカ粒子の粒径の変動係数(CV)が30％以下である、請求項１記載の光半導体装置。
光半導体素子を埋設可能な第一封止材及び蛍光体を含有する第二封止材を含んでなる光半導体封止用キットであって、前記第一封止材及び／又は第二封止材が、体積中位粒径が2〜50μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量が3個数％以下、かつ、粒径が60μm以上の粒子の含有量が3個数％以下であるシリカ粒子を含有してなる、請求項１又は２記載の光半導体装置に用いられる光半導体封止用キット。
光半導体素子を埋設可能な第一封止材及び蛍光体を含有する第二封止材を含んでなるシート状光半導体封止材であって、前記第一封止材の上に第二封止材が直接又は間接的に積層して一体化されたものであり、かつ、前記第一封止材及び／又は第二封止材が、体積中位粒径が2〜50μm、粒径が1μm以下の粒子の含有量が3個数％以下、かつ、粒径が60μm以上の粒子の含有量が3個数％以下であるシリカ粒子を含有してなる、請求項１又は２記載の光半導体装置に用いられるシート状光半導体封止材。