JP2016186974A - Ｌｅｄモジュールおよびｌｅｄモジュールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】大気に放出される光に出力ロスが生じるのを防止したＬＥＤモジュールを提供する。【解決手段】パッケージ基板１に搭載されたＬＥＤチップ２が封止樹脂３で封止されたＬＥＤモジュールであって、封止樹脂３の表面は封止樹脂３よりも線膨張係数が小さい材質からなる薄膜７で覆われており、薄膜７の成膜工程の後にＬＥＤモジュールを室温に戻すことにより、薄膜７の表面に凹凸面を備えることによってＬＥＤチップ２からの光を多重反射する。【選択図】図１

Description

本発明は、光の取り出し効率を向上させたＬＥＤモジュールおよびその製造方法に関するものである。
従来から、ＬＥＤチップを樹脂で封止したＬＥＤモジュールが照明具として広く用いられている。ＬＥＤモジュールの一般的な構造は、図３に示す断面図のようにパッケージ基板１の電極５上にＬＥＤチップ２を搭載し、そのＬＥＤチップ２の電極とパッケージ基板１の電極５とをワイヤー６で電気的に接続するととともに、ＬＥＤチップ２の周囲に光を反射させるリフレクター４を配置し、リフレクター４の内周面、ワイヤー６、及びＬＥＤチップ２並びにパッケージ基板の電極５に封止樹脂３を充填した構造となっている。
ＬＥＤチップ２で発光した光は、リフレクター４で反射する光や直進する光が封止樹脂３を通過し、ほぼ平坦な封止樹脂３表面から大気に放出される。そのときに図３に示すように大気と封止樹脂３の屈折率差から封止樹脂３表面で内部反射Ｂする光が多く、大気に放出される光Ａの出力にロスが生じるという問題があった。
特開２００９−１４７３２９号公報には、ＬＥＤモジュールの封止体での光の内部反射を低減して、大気に放出される光の出力にロスを低減するために封止樹脂の表面にテクスチャード加工するものが記載されている。
特許文献：特開２００９−１４７３２９号公報
しかしながら、特許文献１には、具体的なテクスチャード加工の方法や大気との界面における材質といった形態が、具体的に示されておらず不明である。
本発明は、ＬＥＤモジュールにおいて大気に放出される光の出力ロスが生じるという問題を解決するための形態を具体化することを課題とする。
上記の課題を解決するために本発明は、ＬＥＤチップが封止樹脂で封止されたＬＥＤモジュールであって、当該封止樹脂の表面が薄膜で覆われており、前記薄膜は前記封止樹脂よりも線膨張係数が小さい材質からなり、前記薄膜の表面には凹凸面を備えることによって前記ＬＥＤチップからの光が多重反射するように構成したことを特徴とするＬＥＤモジュールを提供するものである。
この構成により、ＬＥＤチップが発光した光が封止樹脂表面にて内部反射する角度が多様化・複雑化するようになり（すなわち、多重反射するようになり）、大気に放出される光の確率が向上し、大気への光の出力ロスを低減して光の取り出し効率を向上させることができる。
また、前記薄膜は、加熱条件下で前記封止樹脂表面に成膜した後、室温に戻すことにより前記薄膜の表面に凹凸が形成された構成としてもよい。
この構成により、線膨張係数の大きい前記封止樹脂が加熱によって膨張した状態で前記封止樹脂表面に薄膜を成膜することにより、室温に戻る際に前記封止樹脂が収縮することにより前記薄膜が引っ張られることによって、比較的簡単に前記薄膜表面に微細な凹凸が形成できる。
また、前記薄膜は、無機物からなる酸化膜を含む構成にしてもよい。
この構成により、大気に放出される光の出力ロスを低減して光の取り出し効率を向上させることができるとともに、水分や空気が封止樹脂内に入り込んで電極が腐食することを防止することができる。
また、前記薄膜は、前記酸化膜と前記封止樹脂との間に無機物からなるバッファ膜を積層する構成としてもよい。
この構成により、前記酸化膜と前記封止樹脂との密着性が向上し、成膜時の温度を高温にしてもクラックが生じることなく、より多くの凹凸を形成することができる。
また、上記の課題を解決するために本発明は、パッケージ基板に搭載されたＬＥＤチップを封止樹脂で封止する封止工程と、該封止工程の後に、加熱条件下で前記封止樹脂の表面に薄膜を成膜する成膜工程とを有し、該成膜工程の後に前記ＬＥＤモジュールを室温に戻すことにより前記薄膜の表面に凹凸を形成して、前記ＬＥＤチップからの光が多重反射するようにしたことを特徴とするＬＥＤモジュールの製造方法を提供するものである。
この製造方法により製造したＬＥＤモジュールは、ＬＥＤチップが発光した光が大気との界面において反射する角度が多様化・複雑化（すなわち、多重反射）して、大気に放出される光の出力ロスを低減して光の取り出し効率を向上させることができる。
上記のように、ＬＥＤチップが封止樹脂で封止されたＬＥＤモジュールであって、当該封止樹脂の表面が薄膜で覆われており、前記薄膜は前記封止樹脂よりも線膨張係数が小さい材質からなり、前記薄膜の表面には凹凸面を備えることによって前記ＬＥＤチップからの光が多重反射するように構成したことを特徴とするＬＥＤモジュールにより、ＬＥＤチップが発光した光が封止樹脂表面にて多重反射するようになり、大気に放出される光の出力ロスを低減して光の取り出し効率を向上させることができる。
また、パッケージ基板に搭載されたＬＥＤチップを封止樹脂で封止する封止工程と、該封止工程の後に、加熱条件下で前記封止樹脂の表面に薄膜を成膜する成膜工程とを有し、該成膜工程の後に前記ＬＥＤモジュールを室温に戻すことにより前記薄膜の表面に凹凸を形成して、前記ＬＥＤチップからの光が多重反射するようにしたことを特徴とするＬＥＤモジュールの製造方法により、ＬＥＤチップが発光した光が封止樹脂表面にて多重反射するようになり、大気に放出される光の出力ロスを低減して光の取り出し効率を向上させることができる。
本発明の実施例におけるＬＥＤモジュールの断面と光の放射を説明する図。 本発明の薄膜表面に形成された凹凸を示す写真。 従来のＬＥＤモジュールの断面と光の放射を説明する図。
（ＬＥＤモジュール）
図１を用いて、本発明の実施例１におけるＬＥＤモジュールの構成を説明する。図１はＬＥＤモジュールの断面を示している。パッケージ基板１の電極５上にＬＥＤチップ２が搭載され、そのＬＥＤチップ２の電極とパッケージ基板の電極５とがワイヤー６で電気的に接続されている。また、ＬＥＤチップ２の周囲には、セラミック等からなるリフレクター４が配置されてＬＥＤチップ２が発光した光の一部が反射して大気に向かうことにより、より多くの光がＬＥＤモジュールから放出されるようにされている。
なお、実施例１においては、ＬＥＤチップ２の電極とパッケージ基板１の電極５とをワイヤー６で接続しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ＬＥＤチップ２をパッケージ基板１の電極５にフリップチップボンディングして、ワイヤー６を用いることなく電気的に接続したものでもよい。
リフレクター４、ＬＥＤチップ２、パッケージ基板１に囲まれた空間には、シリコーン樹脂からなる封止樹脂３が充填されて大気から封止されている。また、封止樹脂３と大気との境界は薄膜７で覆われており、凹凸面を備えている。
薄膜７は、無機物からなる酸化膜として構成されている。また薄膜７は、線膨張係数が封止樹脂３より小さい材質からなっている。より具体的には、薄膜７の線膨張係数は１〜１０ｐｐｍ／℃、封止樹脂３の線膨張係数は１００〜５００ｐｐｍ／℃であることが好ましい。
薄膜７の厚さは、１μｍ程度であってよいが、これ以上の厚さであってもこれ以下の厚さであってもよい。
また、薄膜７の屈折率は封止樹脂３と同等、又は大気と封止樹脂３の間の値をもつ材質が好ましい。
薄膜７は、実施例１においてはＳｉＯ２を用いて形成しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、線膨張係数が封止樹脂３より小さい他の無機物からなる酸化膜でよい。例えば、Ａｌ２Ｏ３を用いて形成してもよい。
封止樹脂３より線膨張係数が小さい材質で薄膜７を加熱下で成膜することにより、膨張していた封止樹脂３が室温に戻る際の収縮に引っ張られて薄膜７にしわができるため、比較的簡単に薄膜７の表面に高さが１〜２００μｍ程度の凹凸を形成することができる。
なお、無機物とは、有機物を除く物質であり、具体的には炭素骨格を持たない物質であり、線膨張係数が小さい。つまり無機物には、合成／天然樹脂及び炭素骨格（炭化水素骨格を含む）を有するその他化合物は含まれない。
特に、無機物からなる酸化膜は結合力が強く、バリア性が高い。また、結合力が高いためクラックが入りにくい。つまり、無機物からなる酸化膜として表面に凹凸を有する薄膜７を成膜することにより、大気に放出される光の出力ロスを低減して、光の取り出し効率を向上させることができるとともに、水分や空気が封止樹脂内に入り込んで電極が腐食することを防止することができる。
ＬＥＤチップ２から発光した光は封止樹脂３内を通過して、又はリフレクターで反射して、薄膜７の凹凸面に達する。薄膜７の凹凸面で光は多様な方向に複雑に反射を繰り返す（すなわち多重反射する）ことにより、内部反射Ｂが抑制されてより大気に放射される光Ａが多くなるので、光の取り出し効率を向上させることができる。
（製造方法）
次に、本発明のＬＥＤモジュールの製造方法について説明する。図１のようにリフレクター４を備えたパッケージ基板１の電極５上にＬＥＤチップ２が搭載され、ＬＥＤチップの電極と基板の電極とがワイヤー６で電気的に接続されたモジュールの空間に封止樹脂３が充填されたＬＥＤモジュールに対して、プラズマＣＶＤ装置により封止樹脂３の表面に薄膜７を成膜する。
その際、ＬＥＤモジュールが加熱されることにより封止樹脂３が膨張する。その膨張した封止樹脂３の表面に線膨張係数が封止樹脂３より小さい材質であるＳｉＯ２からなる無機物の酸化膜を成膜して薄膜７とする。そしてプラズマＣＶＤ装置からＬＥＤモジュールを取り出して室温に戻す際に、線膨張係数の大きい封止樹脂３が収縮することにより、成膜されているＳｉＯ２からなる無機物の酸化膜もこれに引っ張られて収縮するが、ＳｉＯ２は線膨張係数が封止樹脂３より小さいため行き場を失ったＳｉＯ２がしわになることによって微細な凹凸が形成される。
ＳｉＯ２がしわになって、凹凸が形成された状態を図２に示す。ＳｉＯ２の場合は、４０℃〜１３０℃に加熱された状態で成膜した後、室温に戻すと図２のような凹凸面（しわ）を形成することができる。
ＳｉＯ２の場合、加熱温度が１３０℃より高くなると、室温に戻る際に薄膜７にクラックが生じる。また、４０℃より加熱温度が低いと凹凸が形成されない。
また、ＳｉＯ２からなる無機物の酸化膜である薄膜７を成膜するために、プラズマＣＶＤを用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、スパッタ装置や蒸着装置等、加熱下で成膜するものであれば用いることができる。
また、無機物の酸化膜はＳｉＯ２に限定されず、シリコーン樹脂からなる封止樹脂３よりも線膨張係数の小さいＡｌ２Ｏ３によっても同じ製造方法により、薄膜７表面に同様に凹凸（しわ）を形成することができる。
（ＬＥＤモジュール）
本発明の実施例２におけるＬＥＤモジュールは、薄膜７が積層構造となっている点で実施例１と異なっている。すなわち、封止樹脂３の表面に無機物からなる絶縁膜であるバッファ層が形成され、さらにその表面に無機物からなる酸化膜が形成されている。つまり無機物からなる酸化膜と封止樹脂３との間に無機物からなる絶縁膜であるバッファ層が積層されている。
バッファ層とは、上記酸化膜よりもバリア性は低い代わりに密着性が上記酸化膜よりも高い膜であり、封止樹脂３より線膨張係数の小さい材質からなる無機物である。具体的にバッファ層は、Ｈ、Ｃ及びＳｉを含むシリコン系膜であってよい。より具体的には、ＳｉＣＮ膜でよいが、これに必ずしも限定するものではなく、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜であってもよい。
無機物からなるバッファ層を封止樹脂３と無機物からなる酸化膜との間に積層することによって、封止樹脂３との密着性を向上させることができる。封止樹脂３との密着性を向上させることによって、クラックが発生することなく薄膜７に凹凸を形成することができる成膜時の加熱温度を１３０℃より高くできる。
また、実施例２においてもＬＥＤチップ２から発光した光は封止樹脂３内を通過して、又はリフレクターで反射して、薄膜７の凹凸面に達する。薄膜７の凹凸面で光は多様な方向に複雑に反射を繰り返す（すなわち多重反射する）ことにより、内部反射Ｂが抑制されてより大気に放射される光Ａが多くなるので、光の取り出し効率を向上させることができる。
実施例２においても、薄膜７のうち無機物からなる酸化膜はＳｉＯ２を用いて形成している。しかしながら必ずしもこれに限定されるものではなく、線膨張係数が封止樹脂３より小さい他の無機物からなる酸化膜でよい。例えば、Ａｌ２Ｏ３を用いて形成してもよい。
また実施例２では、バッファ層と酸化膜を１層ずつ積層しているが、それに限らず複数層ずつ交互に積層したものでもよい。これにより密着性を維持しながらバリア性を高いものとすることができる。
（製造方法）
リフレクター４を備えたパッケージ基板１の電極５上にＬＥＤチップ２が搭載され、ＬＥＤチップの電極と基板の電極５とがワイヤー６で電気的に接続されたモジュールの空間に封止樹脂３が充填されたＬＥＤモジュールに対して、プラズマＣＶＤ装置により、まず封止樹脂３の表面に無機物からなる絶縁層であるバッファ層を成膜する。バッファ層は、ＳｉＣＮとすることができる。このバッファ層を形成することにより、シリコーン樹脂からなる封止樹脂３との密着性を向上させることができる。
次に、バッファ層の表面にＳｉＯ２からなる無機物の酸化膜を同じプラズマＣＶＤ装置内で成膜する、そして、ＳｉＣＮからなるバッファ層及びＳｉＯ２からなる酸化膜によって薄膜７が構成される。
プラズマＣＶＤ装置からＬＥＤモジュールを取り出して室温に戻す際に、線膨張係数の大きいシリコーン樹脂からなる封止樹脂３が収縮することにより、成膜されているＳｉＯ２からなる無機物の酸化膜及びＳｉＣＮからなるバッファ層もこれに引っ張られて収縮するが、ＳｉＯ２及びＳｉＣＮは線膨張係数がシリコーン樹脂からなる封止樹脂３より小さいため行き場を失ったＳｉＯ２及びＳｉＣＮがしわになることによって凹凸が形成される。
これにより、ＬＥＤチップ２から発光した光は封止樹脂３内を通過して、又はリフレクターで反射して、薄膜７の凹凸面に達する。薄膜７の凹凸面で光は多様な方向に複雑に反射を繰り返す（すなわち多重反射する）ことにより、内部反射Ｂが抑制されてより大気に放射される光Ａが多くなるので、光の取り出し効率を向上させることができる。
なお、実施例２においても、ＬＥＤチップ２の電極とパッケージ基板１の電極５とをワイヤー６で接続しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ＬＥＤチップ２をパッケージ基板１の電極５にフリップチップボンディングして、ワイヤー６を用いることなく電気的に接続したものでもよい。
また、実施例２においても、薄膜７の成膜に用いる装置はプラズマＣＶＤに限定されるものではなく、スパッタ装置や蒸着装置等、加熱下で成膜するものであれば、用いることができる。
また、無機物の酸化膜はＳｉＯ２に限定されず、Ａｌ２Ｏ３によっても同じ製造方法により薄膜７表面に凹凸（しわ）を形成することができる。
本発明は、ＬＥＤモジュールおよびＬＥＤモジュールの製造方法に広く適用することができる。
１ パッケージ基板
２ ＬＥＤチップ
３ 封止樹脂
４ リフレクター
５ 電極
６ ワイヤー
７ 薄膜
Ａ 大気に放出される光
Ｂ 内部反射

Claims (5)

  1. ＬＥＤチップが封止樹脂で封止されたＬＥＤモジュールであって、当該封止樹脂の表面が薄膜で覆われており、前記薄膜は前記封止樹脂よりも線膨張係数が小さい材質からなり、前記薄膜の表面には凹凸面を備えることによって前記ＬＥＤチップからの光が多重反射するように構成したことを特徴とするＬＥＤモジュール。
  2. 前記薄膜は、加熱条件下で前記封止樹脂表面に成膜した後、室温に戻すことにより前記薄膜の表面に凹凸が形成された構成であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
  3. 前記薄膜は、無機物からなる酸化膜を含む構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤモジュール。
  4. 前記薄膜は、前記酸化膜と前記封止樹脂との間に無機物からなるバッファ膜を積層した構成であることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤモジュール。
  5. パッケージ基板に搭載されたＬＥＤチップを封止樹脂で封止する封止工程と、該封止工程の後に、加熱条件下で前記封止樹脂の表面に薄膜を成膜する成膜工程とを有し、該成膜工程の後に前記ＬＥＤモジュールを室温に戻すことにより前記薄膜の表面に凹凸を形成して、前記ＬＥＤチップからの光が多重反射するようにしたことを特徴とするＬＥＤモジュールの製造方法。















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