JP2012182401A

JP2012182401A - 発光装置及びその製造方法

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Publication number: JP2012182401A
Application number: JP2011045906A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takayama; 浩一高山
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】配光制御を行うための発光ダイオード素子上の遮光部材、光反射材、被覆部材、吸収部材もしくは吸収性層は発光ダイオード素子の点灯時の100℃を超える高温にさらされるので、材料は耐熱性材料たとえばセラミック、金属等を用い、製造コストの上昇を招き、また、発光ダイオード素子上の上述の材料の形状は発光ダイオード素子の形状に個別的に要求されるので、他の発光ダイオード素子に転用できない。
【解決手段】配線基板１上に発光ダイオード素子２を実装する（図２の（Ａ））。次に、発光ダイオード素子２上に波長変換材料（蛍光体）としてYAGを含有したジメチルシリコーンよりなるシリコーン樹脂層３を塗布もしくはマスク印刷で形成する（図２の（Ｂ））。最後に、シリコーン樹脂層３上をレーザ照射して変色させて変色部Ｘを形成する。この変色部Ｘは遮光部を形成して配光制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用ランプ等として用いられる発光ダイオード（LED）素子を有する発光装置及びその製造方法に関する。

最近、車両用ランプ特にロービームは発光ダイオード素子によって実現されている。このロービームは、対向車両が眩しくならないようにカットオフライン形成用シェード（遮光部材等）を設けた特別な配光制御を必要とする。また、発光ダイオード素子上の波長変換材料（蛍光体）を含有した樹脂層が発光ダイオード素子からはみ出した場合、そのはみ出し部分の蛍光体は発光ダイオード素子の点灯時に迷光の原因となるので、特別な配光制御を必要とする。

第１の従来の発光装置は白色発光ダイオード素子と投影レンズとの間に遮光部材を設けて配光制御する（参照：特許文献１）。

第２の従来の発光装置は発光ダイオード素子上に波長変換層を固定して出射光を得る際に、吸収部材で側面を限定することにより配光制御する。つまり、光反射材で発光ダイオード素子の発光を一方向に上にすると共に、外周の被覆部材で吸収して迷光を防ぐようにする（参照：特許文献２）。

第３の従来の発光装置は発光ダイオード素子のケーシングに吸収材料もしくは吸収性層を設けて主放射方向に直交する放射を防止していることにより配光制御する（参照：特許文献３の図２、図６）。

特開２００７−５３２２号公報特開２０１０−１５７６３８号公報特開２００９−６０１１３号公報

しかしながら、上述の第１の従来の発光装置においては、遮光部材を白色発光ダイオード素子と投影レンズとの間に配置する際には、接着剤を塗布して配置するので、塗布時の位置ずれ、接着剤の硬化時の緩みのために、配置精度が低いという課題があった。

また、上述の第２の従来の発光装置においては、光反射材及び被覆部材を発光ダイオード素子直上に塗布することにより配置するので、発光ダイオード素子直上からはみ出さずに塗布することは非常に困難であり、はみ出た場合には迷光するという課題があった。また、光反射材及び被覆部材の硬化にそれぞれ１時間も要し、製造時間の長期化を招くという課題もあった。

さらに、上述の第３の従来の発光装置においては、吸収材料もしくは吸収性層の塗布のはみ出しにより発光面が不均一となって迷光するという課題があった。

さらに、上述のいずれの従来の発光装置においては、発光ダイオード素子上の遮光部材、光反射材、被覆部材、吸収部材もしくは吸収性層は発光ダイオード素子の点灯時の100℃を超える高温にさらされるので、材料は耐熱性材料たとえばセラミック、金属等を用い、製造コストの上昇を招くという課題もある。また、発光ダイオード素子上の上述の材料の形状は発光ダイオード素子の形状に個別的に要求されるので、他の発光ダイオード素子に転用できないという課題もある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る発光装置の製造方法は、配線基板上に発光ダイオード素子を実装する実装工程と、発光ダイオード素子上に波長変換材料を含有した樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、樹脂層の一部にレーザ照射により樹脂層の樹脂を変色させて遮光部を形成するレーザ照射工程とを具備するものである。

また、本発明に係る発光装置は、配線基板と、配線基板上に実装された発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子上に設けられ、波長変換材料を含有した樹脂層とを具備し、樹脂層は、発光ダイオード素子からの光を透過する光透過部と、発光ダイオード素子からの光を遮光する遮光部とを具備するものである。樹脂層がシリコーン樹脂よりなる場合、遮光部は光透過部よりSi-C結合が少なく、Si-O結合が多いものである。遮光部はランプのカットオフライン形成用シェードとして作用し、また、樹脂層の発光ダイオード素子からの余剰部に形成される。

尚、発光ダイオード素子上に形成された蛍光体を含有した樹脂層をレーザ照射によって吹き飛ばして蛍光量を減少させて色調を調整させる発光装置は公知であるが、波長213nmのレーザ光を100発（時間で10秒相当）以上照射しなければならず、1mm²の照射面積を0.1mm角で照射するとすれば100発×100箇所（1000秒相当）となり、製造時間が大幅に大きくなる。これに対し、本発明の樹脂層を変色させるためのレーザ照射は後述のごとく少なく、従って、製造時間は小さい。

本発明によれば、遮光部をレーザ照射による変色によって達成しているので、確実にかつ低製造コストで配光制御を実現できる。

本発明に係る発光装置の製造方法の実施の形態を説明するためのフローチャートである。図１の各工程における発光装置の第１の例を示す斜視図である。図１のレーザ照射工程におけるレーザ光先端部のエネルギー分布を示すグラフである。図１のレーザ照射工程前後における発光装置の輝度分布を示すグラフである。図１の各工程における発光装置の第２の例を示す斜視図である。図１のレーザ照射工程後の発光装置の変色部を示す写真である。本発明が適用される発光装置の他の例を示す斜視図である。

図１は本発明に係る発光装置の製造方法の実施の形態を説明するためのフローチャートである。図１の各工程を第１の例である図２の発光装置を参照して説明する。

始めに、発光ダイオード素子実装工程１０１を参照すると、図２の（Ａ）に示すごとく、配線基板１上に発光ダイオード素子２を実装する。

次に、シリコーン樹脂層形成工程１０２を参照すると、図２の（Ｂ）に示すごとく、発光ダイオード素子２上に波長変換材料（蛍光体）としてYAGを含有したジメチルシリコーンよりなるシリコーン樹脂層３を塗布して硬化させる。尚、塗布の代りにマスク印刷で行ってもよい。

次に、レーザ照射工程１０３を参照すると、図２の（Ｂ）に示す発光装置を照射位置制御可能なステージに載せ、図２の（Ｃ）に示すごとく、シリコーン樹脂層３上をレーザでスキャン照射する。尚、スキャン照射の代りにステージを0.1mm単位でＸ方向に移動してレーザ照射してもよく、また、マスクを用いてレーザ照射してもよい。この結果、図２の（Ｃ）に示すごとく、シリコーン樹脂層３のレーザ照射部分のシリコーン樹脂が変色して変色部Ｘとなる。

図１のレーザ照射工程１０３におけるレーザ光先端部のエネルギー強度は図３に示すごとく、中央部が高く、周辺部が低い双曲線分布を有する。そのまま照射すると、変色部Ｘにおいてレーザの中央部と周辺部が照射された領域で色むらが生じてしまう。従って、レーザの照射面積はスリットによって決定する。たとえば、レーザ中央部のみをスリットで照射されるようにする。この場合、レーザ照射を0.2mm角以内で行えば、照射面積と変色面積とにずれはないが、レーザ照射を0.3mm角を超えて行うと、照射面積より変色面積は小さくなる。また、シリコーン樹脂層３を変色させる場合、波長355nmのレーザ光より波長266nmのレーザ光を吸収し易いので、後者の0.05〜0.2mm角のレーザ光を10〜12mJ/cm²で60発以上照射する。これにより、シリコーン樹脂層３のSi-C結合が減少し、Si-O結合が増加して変色する。シリコーン樹脂層３が高耐熱のメチルシリコーンである場合にも、同様に、変色部Ｘが変色されていない光透過部に比べSi-C結合が減少して、Si-O結合が増加するために、波長266nmのレーザ光が有効である。

尚、シリコーン樹脂層３をレーザ照射により変色させる場合、シリコーン樹脂層３に含有される波長変換材料（蛍光体）が先に失活する。

図４は図１のレーザ照射工程１０３前後における発光装置の最大値を１と規格化した輝度を示す。すなわち、図２の（Ｃ）のIV-IV方向において、発光ダイオード素子２の短辺を1.2mmとし、レーザ照射部分を0.2mmとすれば、レーザ照射部分の変色部Ｘの輝度が低下していることが分かる。これにより、カットオフライン形成用シェードを形成できる。

次に、図１の各工程を第２の例である図５の発光装置を参照して説明する。

始めに、発光ダイオード素子実装工程１０１を参照すると、図５の（Ａ）に示すごとく、配線基板１上に発光ダイオード素子２を実装する。

次に、シリコーン樹脂層形成工程１０２を参照すると、図５の（Ｂ）に示すごとく、発光ダイオード素子２上に波長変換材料（蛍光体）を含有したジメチルシリコーンよりなるシリコーン樹脂層３を塗布して硬化させる。尚、塗布の代りにマスク印刷で行ってもよい。ただし、いずれの方法であっても第１の例のように発光ダイオード素子２直上にのみシリコーン樹脂層３を形成することは難しく、発光ダイオード素子２直上から外れた余剰部が、発光ダイオード素子２直上領域の樹脂とは連続的に一体となった状態で同時に設けられてしまう。発光ダイオード素子２からの光はその直上領域における樹脂層３に入射されるが、一部の光は樹脂層３内を伝播し余剰部まで到達する迷光となってしまう。これにより余剰部からも発光が見られるようになるが、発光ダイオード素子２直上領域と余剰部では発光色が異なって見え発光装置としては色むらの原因となる。

次に、レーザ照射工程１０３を参照すると、図５の（Ｂ）に示す発光装置を照射位置制御可能なステージに載せ、図５の（Ｃ）に示すごとく、シリコーン樹脂層３上の発光ダイオード素子２の余剰部をレーザでスキャン照射する。尚、スキャン照射の代りにステージを0.1mm単位でＸ方向に移動してレーザ照射してもよく、また、マスクを用いてレーザ照射してもよい。この結果、図５の（Ｃ）に示すごとく、シリコーン樹脂層３の発光ダイオード素子２の余剰部のレーザ照射部分が変色部Ｘとなる。

このようにして、シリコーン樹脂層３の発光ダイオード素子２上の余剰部において発生した迷光を変色部Ｘによって減光させることができる。

図６は本発明者が実験した結果を示す写真である。図６の（Ａ）では、４つの発光ダイオード素子を配列し、その長辺の一部の縁部のシリコーン樹脂層にレーザ照射した結果、変色部Ｘ１、Ｘ２が明瞭に発生した。尚、長辺の全部の縁部にもレーザ照射できる。また、図６の（Ｂ）では、４つの発光ダイオード素子を配列し、発光ダイオード素子直上領域に対応するシリコーン樹脂層にレーザ照射した結果、変色部Ｘ３が明瞭に発生した。尚、0.2mm角の変色部の拡大写真である図６の（Ｃ）に示すように、変色部は微小変色部よりなっていることが分かった。さらに、希望の面積を得るために、発光ダイオード素子の短辺の一部もしくは全部の縁部のシリコーン樹脂層にもレーザ照射することもでき、発光ダイオード素子間のシリコーン樹脂層にもレーザ照射することもできる。また、遮光部を所望の形状にすることによって配光も制御することが可能になる。車両用灯具の光源として利用する場合には、複数の発光ダイオード素子２上をまたぐ形で、カットオフラインに沿った形状の遮光部とすることもできる。

尚、図１においては、ステップ１０１の発光ダイオード素子実装工程後かつステップ１０２の波長変換材料（蛍光体）を含有したシリコーン樹脂層３を形成前に、図７に示すごとく、ワイヤボンディング工程において、発光ダイオード素子２と配線基板１との間にボンディングワイヤ４を施した後であっても、何ら支障なく、レーザ照射を行ってボンディングワイヤ４直下にも変色部Ｘを形成できる。

また、上述の実施の形態においては、波長変換材料（蛍光体）を含有したシリコーン樹脂層の代りに、波長変換材料（蛍光体）を含有した他の樹脂層たとえばアクリルニトリル・ブタジエン・ステレン（ABS）樹脂層、エポキシ樹脂層、ポリエチルテレフタレート（PET）樹脂層を用いることもできる。

１：配線基板
２：発光ダイオード素子
３：シリコーン樹脂層
４：ボンディングワイヤ
１０１：発光ダイオード素子実装工程
１０２：シリコーン樹脂層形成工程
１０３：レーザ照射工程

Claims

配線基板上に発光ダイオード素子を実装する実装工程と、
前記発光ダイオード素子上に波長変換材料を含有した樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層の一部にレーザ照射により前記樹脂層の樹脂を変色させて遮光部を形成するレーザ照射工程と
を具備する発光装置の製造方法。
前記レーザ照射工程は前記発光ダイオード素子の直上の前記樹脂層に前記レーザ照射をして変色させることで行われる請求項１に記載の発光装置の製造方法。
前記樹脂層形成工程は前記波長変換材料と含有した樹脂を前記発光ダイオード素子上に塗布あるいはマスク印刷によって行われる請求項１に記載の発光装置の製造方法。
前記樹脂層形成工程は前記発光ダイオード素子の直上領域から外れた余剰部を有した樹脂層を形成し、
前記レーザ照射工程は前記余剰部にレーザ照射して変色させることで行われる請求項１に記載の発光装置の製造方法。
配線基板と、
該配線基板上に実装された発光ダイオード素子と、
該発光ダイオード素子上に設けられ、波長変換材料を含有した樹脂層と
を具備し、
該樹脂層は、
前記発光ダイオード素子からの光を透過する光透過部と、
前記発光ダイオード素子からの光を遮光する遮光部と
を具備する発光装置。
前記樹脂層はシリコーン樹脂よりなり、
前記遮光部は前記光透過部よりSi-C結合が少なく、Si-O結合が多い請求項５に記載の発光装置。
前記遮光部は前記発光ダイオード素子の直上領域に設けられる請求項５に記載の発光装置。
前記遮光部は前記樹脂層の前記発光ダイオード素子の直上領域から外れた余剰部に形成された請求項５に記載の発光装置。