JP2017034237A - 発光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、蛍光体物質の従来の適用に関連する複数の問題に取り組むための新規なパッケージングスキームを提供する。【解決手段】発光デバイスは、基板と、基板上に配置されたＬＥＤチップと、蛍光層とを含む。蛍光層は、少なくとも部分的にかつコンフォーマルにＬＥＤチップおよび基板上でコーティングされている。【選択図】図３
Description
１．技術分野
本発明は、ＬＥＤチップを有する発光デバイスに関する。
本発明は、ＬＥＤチップを有する発光デバイスに関する。
２．関連技術の記載
関連技術において、工業的実施に従って、蛍光体物質が、概して、調剤、成形、吹き付け塗装等を用いてＬＥＤチップ上に配置される。しかしながら、これらの従来の方法は、処理制御およびそれらの処理特性に起因するコストに関する複数の問題を有する。例えば、調剤は、蛍光体物質の沈殿を経験する傾向があり、それは、一貫性のない色温度および幅広い範囲の複数のビンをもたらす、黄色ハローの問題を次にもたらす。成形は、圧力の分配と共に変化する蛍光体物質の分配を有し、一貫性のない色温度および幅広い範囲の複数のビンをまた有する傾向がある。吹き付け塗装は、一方で、一貫性のない色温度および幅広い範囲の複数のビンに関連する問題にさらされることはそれほどないが、そのプロセスは繰り返して行われる吹き付け塗装および試験を必要とし、これを時間がかかり低い物質利用率を有するアプローチにする。
関連技術において、工業的実施に従って、蛍光体物質が、概して、調剤、成形、吹き付け塗装等を用いてＬＥＤチップ上に配置される。しかしながら、これらの従来の方法は、処理制御およびそれらの処理特性に起因するコストに関する複数の問題を有する。例えば、調剤は、蛍光体物質の沈殿を経験する傾向があり、それは、一貫性のない色温度および幅広い範囲の複数のビンをもたらす、黄色ハローの問題を次にもたらす。成形は、圧力の分配と共に変化する蛍光体物質の分配を有し、一貫性のない色温度および幅広い範囲の複数のビンをまた有する傾向がある。吹き付け塗装は、一方で、一貫性のない色温度および幅広い範囲の複数のビンに関連する問題にさらされることはそれほどないが、そのプロセスは繰り返して行われる吹き付け塗装および試験を必要とし、これを時間がかかり低い物質利用率を有するアプローチにする。
さらに、異方性導電接着剤（ＡＣＡ）はまた、半透明層を導入すべく成形が実行される前に接合すべく、工場においても用いられる。そのようなアプローチは、図１に詳細に示される通りである。結果として得られる製品、チップ２０６の電極２０８ａ、２０８ｂは、基板２００における電極パッド２０２ａ、２０２ｂに異方性導電接着剤（ＡＣＡ）２０４を用いて接合される。それにもかかわらず、成形プロセス（工程Ｓ１３０）において、半透明層を形成する樹脂２１０が異方性導電接着剤（ＡＣＡ）２０４を浸透し、（図２の領域２１２によって示されるように）チップ２０６を電極パッド２０２ｂから分離する特定の可能性があり、全体的な信頼性を危うくし、全体の製品を機能不能にさせなくさえする。
これを考慮して、本発明は、蛍光体物質の従来の適用に関連する複数の問題に取り組むための新規なパッケージングスキームを提供する。本発明の発光デバイスは、基板と、基板上に配置されたＬＥＤチップと、蛍光層とを備え、蛍光層は、少なくとも部分的にかつコンフォーマルにＬＥＤチップおよび基板上においてコーティングされている。前述の発光デバイスの変形例において、発光デバイスはさらに、ＬＥＤチップおよび／または蛍光層を囲む反射部分を備える。前述の発光デバイスの別の変形例において、発光デバイスは、蛍光層上においてコーティングされた半透明層を備える。
特に、本発明は、蛍光層を形成すべく半硬化蛍光性樹脂を用い、このアプローチは、少なくとも次の複数の利点を有する。
Ａ．半硬化蛍光性樹脂は、蛍光体物質の分配の制御を支援し、製造コストを低く維持し、発光デバイスの迅速な処理を可能にする。
Ｂ．半硬化蛍光性樹脂を用い、プラスチックシートの厚さが効果的に制御され得、これにより一貫性のない色温度および幅広いビンの範囲に関連する問題を低減する。
Ｃ．半硬化蛍光性樹脂は、ＬＥＤチップおよびダイボンディングエリアを、チップが外れるかまたは損傷することを引き起こす外力および複数の異物から保護する。
Ｄ．それは、ＡＣＡを用いる成形プロセスに適用可能である。この場合、半硬化蛍光性樹脂は、半透明層の樹脂がＡＣＡを貫通することを防止することで、チップおよび電極パッドを保護し、次に、チップが複数の電極パッドから分離することを防止する。
Ｅ．それは、配線プロセスに適用可能である。この場合、半硬化蛍光性樹脂は、チップおよび複数のワイヤ、複数のボールまたは複数の溶接スポットを外部の圧縮から保護する。
前述の利点により、開示されたパッケージングスキームは、全ての種類のチップからの様々なＬＥＤデバイスおよびそれらのための様々なプロセスに適切であり、それが優れた産業上の適用可能性を有するようにする。
さらに、開示されたパッケージング方法は、ＬＥＤチップ上の蛍光層をコンフォーマルに配置する。蛍光体物質が外部の湿気により影響を受け、全体的な信頼性を悪化させるという問題を防止すべく、適切な封止樹脂は、蛍光体物質における湿気／酸素の影響を低減すべく、その透湿性を１１ｇ／ｍ２／２４Ｈｒ未満で有し、その酸素透過性を４００ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒ未満で有する。複数の特定の物理的特性を有する複数の封止樹脂を用いることで、蛍光体物質の信頼性が効果的に改善され得る。特に、四価マンガン活性赤色蛍光体物質は、湿気によって影響を受ける場合、加水分解にさらされ、その発光効率および信頼性を悪化した状態にする。赤色蛍光体物質は、Ａ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋の化学式を有し、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ４およびそれらのの任意の組み合わせから選択され、Ｍは、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒおよびそれらの任意の組み合わせから選択される。さらに、複数の他の色の蛍光体物質が、結果としてもたらされる発光デバイスの色域をさらに拡大するために用いられてもよい。よって、その透湿性および酸素透過性を上記で示された複数の範囲で有する封止樹脂を選択することにより、本発明は、その潜在的な技術的課題を解決し得る。
本発明において、封止樹脂は、チップをパッケージングするためのＬＥＤチップを覆う任意の樹脂を指すことに留意されるべきである。積層プロセスにおいて、それは、蛍光層（半透明層が無い）だけを指してよく、または蛍光層と半透明層（半透明層がある）との組み合わせを指してもよい。調剤プロセスにおいて、それは、調剤樹脂を指してよい。そのような調剤プロセスは、後に詳細に説明されるであろう。
本発明ならびに好ましい使用の形態、それらのさらなる目的および利点は、添付図面と共に読んだ場合、複数の例示的な例の以下の詳細な説明を参照することで、最良に理解されるであろう。
図３は、基板３００と、基板３００上に配置されたＬＥＤチップ３０２と、蛍光層３０４とを備える本発明の発光デバイス３０を示す。蛍光層３０４は、ＬＥＤチップ３０２および基板３００上に少なくとも部分的にかつコンフォーマルにコーティングされている。複数の電極、複数の基板電極およびダイボンディング材料等のＬＥＤチップのいくつか詳細が図３から省略されているが、当業者らは、本発明を参照することにより、これら詳細が本発明において限定されることを意図するものではなく、これらのコンポーネントの様々な実施形態が、本発明の範囲内にあるはずであることは理解されるであろう。さらに、蛍光層３０４は、一貫性のない色温度を防止すべく、蛍光体物質が蛍光層３０４の全体にわたって均等に分散される濃度の蛍光体物質を含む。しかしながら、蛍光体物質の分散は、あるいは実際の必要性に従って、勾配をつける等、不均一な態様で分散されてもよい。
開示されたデバイスにおける複数のコンポーネントが、ここで、それらの複数の材料および特徴を強調することにより説明される。
＜基板／キャリア＞
本発明において、キャリアは、切断後に基板を形成する。本発明において、基板／キャリアは、金属リードフレーム、プリント基板、セラミック板、ガラス板、プラスチック板および可撓性のある板等、任意の適した材料で作成された板であってよい。特に、基板／キャリアが金属リードフレームによって実現される場合において、金属リードフレームは、リードフレームの全体的な機械的強度を高めるべく、その内部空間を詰物で充填された状態で有することが好ましい。さらに、いくつかの実施形態において、キャリアは、基板なしで発光デバイスを生成すべく、後の単体化工程の後に除去されてもよい。この場合、キャリアは好ましくは、その上にリリースフィルムを有しているものであり、従って、それは、最後の単体化工程が行われたときに発光デバイスから容易に除去され得る。
＜チップ＞
本発明において、任意の適したＬＥＤチップが用いられてもよい。好ましく、ＬＥＤチップは、任意のＧａＮベースの半導体、例えばＩｎＧａＮチップで作成されたものであってもよい。より好ましくは、ＬＥＤチップは、４５０ｎｍと４６０ｎｍとの間のピーク波長を有する。ＬＥＤチップは、様々な設計、例えば水平チップ、縦型チップおよびフリップチップのいずれかのうち１つであってもよい。水平および縦型チップの両方が、複数の外部の電極との接続用の導線を必要とすることに特に留意されるべきである。そのような導線および他の複数のコンポーネントならびにそれらのアセンブリは、後に提供されるいくつかの実施形態を用いて詳述されるであろう。
＜蛍光体物質＞
当該分野において一般に用いられる複数の任意の蛍光体物質が、本発明の目的に用いられ得る。特に、蛍光体物質は、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＳｉＯＮ：Ｅｕ２＋、ＺｎＳ：Ａｌ３＋、Ｃｕ＋、ＣａＳ：Ｓｎ２＋、ＣａＳ：Ｓｎ２＋、Ｆ、ＣａＳＯ４：Ｃｅ３＋、Ｍｎ２＋、ＬｉＡｌＯ２：Ｍｎ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ＋、Ｃｌ−、Ｃａ３ＷＯ６：Ｕ、Ｃａ３ＳｉＯ４Ｃ１２：Ｅｕ２＋、ＳｒｘＢａｙＣｌｚＡｌ２Ｏ４−ｚ／２：Ｃｅ３＋、Ｍｎ２＋（Ｘ：０．２，Ｙ：０．７，Ｚ：１．１）、Ｂａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ２Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、ＺｎＯ：Ｓ、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｃａ２Ｂａ３（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＺｎＳ：Ｅｕ２＋、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｕ、Ｓｒ３ＷＯ６：Ｕ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＳＯ４：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、ＺｎＳ：Ｐ、ＺｎＳ：Ｐ３−、Ｃｌ−、ＺｎＳ：Ｍｎ２＋、ＣａＳ：Ｙｂ２＋、Ｃｌ、Ｇｄ３Ｇａ４Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋、Ｎａ（Ｍｇ，Ｍｎ）２ＬｉＳｉ４Ｏ１０Ｆ２：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｓｎ２＋、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＳｒＢ８Ｏ１３：Ｓｍ２＋、ＭｇＳｒ３Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、α−ＳｒＯ・３Ｂ２Ｏ３：Ｓｍ２＋、ＺｎＳ−ＣｄＳ、ＺｎＳｅ：Ｃｕ＋、Ｃｌ、ＺｎＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋、ＺｎＯ：Ｂｉ３＋、ＢａＳ：Ａｕ、Ｋ、ＺｎＳ：Ｐｂ２＋、ＺｎＳ：Ｓｎ２＋、Ｌｉ＋、ＺｎＳ：Ｐｂ，Ｃｕ、ＣａＴｉＯ３：Ｐｒ３＋、ＣａＴｉＯ３：Ｅｕ３＋、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、ＣａＳ：Ｐｂ２＋，Ｍｎ２＋、ＹＰＯ４：Ｅｕ３＋、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＳｒＡｌ４Ｏ７：Ｅｕ３＋、ＣａＹＡｌＯ４：Ｅｕ３＋ＬａＯ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＬｉＷ２Ｏ８：Ｅｕ３＋、Ｓｍ３＋、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、ＺｎＳ：Ｍｎ２＋、Ｔｅ２＋、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋、Ｎａ１．２３Ｋ０．４２Ｅｕ０．１２ＴｉＳｉ４Ｏ１１、Ｎａ１．２３Ｋ０．４２Ｅｕ０．１２ＴｉＳｉ５Ｏ１３：Ｅｕ３＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、Ｔｅ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＣａＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、およびＥｕ２Ｗ２Ｏ７から成る群から選択される１または複数であってよい。
特に、四価マンガンにより活性化された赤色蛍光体物質が本発明において用いられてもよい。そのような赤色蛍光体物質は、Ａ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋の化学式を有し、ここで、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ４およびそれらの任意の組み合わせから選択され、Ｍは、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒおよびそれらの任意の組み合わせから選択される。
本発明において、赤色蛍光体物質は、好ましくは１８μｍと４１μｍとの間の平均粒子サイズ（ｄ５０）を有する。そのような赤色蛍光体物質の複数の例には、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋およびＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋が含まれ、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋が好まししい。これらの赤色蛍光体物質は、４５０ｎｍから４６０ｎｍまでの間の波長範囲においてピークを有する光源によって励起される場合、６００ｎｍから６５０ｎｍまでの間の波長範囲において第１のピークを有する光を発し得る。本明細書において述べられる第１のピークは、蛍光体物質がそれらの最も高い光度に達する波長を指すことに留意されるべきである。さらに、本発明は、単一の赤色蛍光体物質を用いることに限定されず、事前に列挙された２またはそれより多くの蛍光体物質が共に用いられ得る。
発光デバイスの色域をさらに拡大すべく、オキシ窒化物蛍光体物質を緑色光源として用いることが好ましい。より好ましくは、緑色蛍光体物質は、
および
から成る群から選択される化学式を有し、ここで、０＜ｘ≦１２；０＜ｙ＜ｘ；０＜ｘ＋ｙ≦１２；０＜δ≦３；であり、δ＜ｘ＋ｙ；Ｍ（ＩＩ）は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｄおよびそれらの任意の組み合わせから成る群から選択された二価カチオンであり、Ｍ（ＩＩＩ）は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄおよびそれらの任意の組み合わせから成る群から選択された三価カチオンであり、Ａは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｂおよびそれらの任意の組み合わせから成る群から選択された活性中心である。本発明において、緑色蛍光体物質は、好ましくは１８μｍから２２μｍまでの間の平均粒子サイズ（ｄ５０）を有する。
赤色蛍光体物質および緑色蛍光体物質が本発明において共に用いられる場合において、赤色蛍光体物質および緑色蛍光体物質は、１：１〜３：１の重量比を有する。なぜならば、そのような比は、結果としてもたらされる発光デバイスにより良い演色性を与えるからである。
＜蛍光層＞
本発明において、蛍光層は、半硬化蛍光性樹脂を硬化および切断することにより形成される。本明細書において参照される半硬化蛍光性樹脂は、Ｂ工程の樹脂組成物である。この状態で、樹脂組成物は、良好な形状保持能力を有し、外力下で変形することがさらに可能であり、それは、完全に溶融または溶解されることなく、加熱された場合に軟化し、溶媒に接触した場合に膨張する。さらに、本発明において、半硬化蛍光性樹脂は、蛍光体物質、シロキサン樹脂、触媒および溶媒を含む。蛍光層の重量に基づいて、蛍光体物質の重量は、１０％から６０％であり、シロキサン樹脂の重量は、２８％から８９．３％であり、触媒の重量は０．１％から２％であり、溶媒の重量は０．１％から２％である。さらに、本発明において、半硬化蛍光性樹脂はまた、柔軟剤を含んでいてもよい。好ましくは、蛍光性樹脂の重量に基づいて、柔軟剤の重量は０．５％から８％である。特に、前述の組成物を有する半硬化蛍光性樹脂が硬化プロセス（例えば、プレス／焼成）を経た後、溶媒は、そこから蒸発する。この時、最後の蛍光層の重量に基づいて、蛍光体物質の重量は１０％から６１．２％であり、シロキサン樹脂の重量は２８％から９１．１％であり、触媒の重量は０．１％から２％である。柔軟剤が用いられる場合において、柔軟剤の重量は０．５％から８．２％である。
いくつかの実施形態において、蛍光層は、１１ｇ／ｍ２／２４Ｈｒ未満の透湿性を有し、４００ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒ未満の酸素透過性を有する樹脂で作成されてもよい。好ましくは、樹脂は、加水分解または蛍光体物質の劣化を低減し、次に発光デバイスの全体的な信頼性を向上させるべく、その透湿性が１０．５ｇ／ｍ２／２４Ｈｒ未満であり、酸素透過性が３８２ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒ未満であるように選択される。樹脂のそのような選択は、四価マンガン活性赤色蛍光体物質の信頼性を大幅に向上させる。
本発明において、「透湿性」という用語は、ＴＳＹ−ＴＨ１水蒸気透過性試験器（Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｓｔｅｒ）を用いて得られる測定値を指し、「酸素透過性」という用語は、ｉ‐Ｏｘｔｒａ７６００酸素透過分析器（Ｏｘｙｇｅｎ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて得られる測定値を指す。
＜反射部分＞
本発明は、さらに反射部分を含んでもよい。反射部分は、反射性樹脂を硬化し切断することで形成される。特に、反射性樹脂は、複数の反射粒子を含む樹脂組成物である。複数の反射粒子は、光の高収束に寄与し、ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＺｒＯ，ＭｇＯ，ＢａＳＯ４およびそれらの任意の組み合わせから選択されてよい。それらにおいて、ＴｉＯ２が好ましい。樹脂は、エポキシドベースの樹脂またはシロキサンベースの樹脂であってよく、シロキサンベースの樹脂が好ましい。
＜半透明層＞
本発明において、半透明層は、半透明性樹脂を硬化させ切断することによって作成され、さらに光の均一性を高めるべく複数の光拡散粒子を含んでもよい。複数の光拡散粒子は、ＢＮ、ＳｉＯ２およびそれらの組み合わせから選択されてもよい。さらに、本発明のいくつかの実施形態において、半透明層および半硬化蛍光性樹脂は同じ塩基性樹脂を有し、同様のプロセスを通して半透明層へと形成され、唯一の差異は、蛍光体物質の添加に依存している。この場合、半透明層もまたコンフォーマルであり、硬化半透明層は、発光デバイスの耐性を向上させるべく、湿気が蛍光層に入ることを防止することで、蛍光層を保護する機能を果たす。しかしながら、いくつかの実施形態において、半透明層は、その透湿性および酸素透過性を好ましくは蛍光層の透湿性および酸素透過性より低い状態で有し、さらにこれによって保護性を高めている。特に、いくつかの実施形態において、半透明層は、１１ｇ／ｍ２／２４Ｈｒ未満でその透湿性を有し、４００ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒ未満でその酸素透過性を有する樹脂で作成される。好ましくは、樹脂は、１０．５ｇ／ｍ２／２４Ｈｒ未満でその透湿性を有し、３８２ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒ未満でその酸素透過性を有する。
第１の実施形態は、プロセスおよび特性に関して本発明の蛍光層を示すべく、本明細書で詳細に説明される。
＜＜第１の実施形態＞＞
本発明の方法および半硬化蛍光性樹脂の複数の特性および他のパラメータは、図４を参照して本明細書において詳細に説明される。第１に、シロキサン樹脂、蛍光体物質、触媒、溶媒および任意で柔軟剤は、事前に定義されたような複数の成分の含有量を有する混合物を形成すべく、混合される。本発明において、溶媒は、前述の複数の材料、好ましくはトルエンと溶融ブレンド／混合され得る任意の有機溶媒であってもよい。蛍光体物質は、上記のように選択される。本発明は、その実施が蛍光体物質、触媒、溶媒および任意の柔軟剤が十分に混合されるようにする限り、混合する方法に対して限定を有していない。以下で述べる実施形態において、真空脱気混合器が例として用いられる。
そのように作成された混合物は、次に、面に塗布されて薄層を形成する。再度、本発明は、塗布する方法に対して限定を有しておらず、その方法は、回転式コーティング、スピンコーティング、ナイフコーティングおよびディップコーティングであってよい。さらに、最終的な半硬化蛍光性樹脂の厚さを４５μｍから２３０μｍまでの間の好ましい範囲内で制御すべく、薄層は、その厚さが５０μｍから２５０μｍまで、より好ましくは７０μｍから１８５μｍまでであるように作成される。以下で述べる複数の例において、ナイフコーティングは、例として薄層を形成するのに用いられる。厚さが４５μｍ以下である場合、蛍光性樹脂は弱化した強度を有する傾向があり、蛍光体物質は、不均一な分布を有し、同様に不十分な色均一性を有する傾向がある。一方で、２５０μｍより大きい厚さは過度に厚いことから、不必要に高い材料コストにつながる。その上、過剰な厚さは、最終的な発光デバイスを厚くし、超小型化に向かっている一般的なトレンドに対抗する。
形成後、薄層は、半硬化状態へと処理される。本発明において、薄層を半硬化されたものにするための方法は、限定なしで任意の適した技術、好ましくは焼成であってよい。特に、焼成温度は、蛍光層に許容可能な形状保持能力および外力下で変形する能力を与えるべく、好ましくは１時間から４時間、６５℃から７５℃で実行される。
任意で、焼成される前に、薄層はしばらくの間脇に置かれてもよく、または遠心処理を実行して蛍光体物質が薄層の底部に堆積するようにする。代わりに、積層された半硬化蛍光層を形成すべく、各々が蛍光体物質の異なる濃度を有するかまたは複数の異なる種類の蛍光体物質を有する複数の薄層が積層され、共に焼成されてもよい。
形成後、半硬化された薄層は、半硬化蛍光性樹脂の複数の断片へと切断される。切断は、限定なく任意のやり方で実行されてもよい。さらに、本発明は、色温度により複数の切断片を種分けすべく、半硬化蛍光性樹脂の複数の切断片の色温度を測定することを含んでもよい。
本発明による半硬化蛍光性樹脂の１つの具体的な例が以下で論じられるであろう。
第１に、最終的な蛍光性樹脂の重量に基づいて、１９．１２ｇのシロキサン樹脂、０．４５５ｇのトルエン、９．８ｇのイットリウムアルミニアムガーネット蛍光体物質および０．６ｇの触媒が、混合物を形成すべく、２工程の混合のために真空脱気混合器へと投入された。第１の工程は、１ａｔｍおよび室温において、８００ｒｐｍの回転率で３分間実行された。第２の工程は、真空において室温で１２００ｒｐｍの回転率で３０秒間持続した。そのように形成された混合物は、次に、７５μｍの厚さを有する薄層を形成すべく、ナイフコーティングを用いてプラットフォームに塗布された。その後、薄層は、７０℃の炉において２時間焼成された。そうすることで、樹脂は、部分的に硬化され、Ｂ工程／半硬化蛍光性樹脂となった。半硬化蛍光性樹脂は、最後に予め定められたサイズへと切断された。色温度によって半硬化蛍光性樹脂の複数の切断片を種分けすべく、４６０ｎｍの波長を有する青色発光ダイオードが、色温度を測定するのに用いられた。
以下の説明は、本発明の第２から第４の実施形態に向けられ、開示された発光デバイスの製造プロセスおよび複数の特徴を強調する。
＜＜第２の実施形態＞＞
上記のように仕上げされた後、半硬化蛍光性樹脂は、開示された発光デバイスを作成するのに用いられ得る。本発明の発光デバイスを作成するためのプロセスが、添付図面を参照して本明細書で説明される。
第１に、図５Ａで示されるように、キャリア５００が提供される。キャリア５００は、上述のように選択される。特に、発光デバイスが基板を有する場合、基板には、金属リードフレームに加えて導電性のパターン（不図示）がある。導電性のパターンは、ＬＥＤチップ５０２がパッケージ後に外部回路との電気接続を有することを可能にする。発光デバイスが基板なして形成される場合、図５Ａのキャリア５００は、任意の搬送体、好ましくリリースフィルムが設けられているものであってもよい。リリースフィルムは、最後の工程、すなわち単体化の後、キャリアの発光デバイスからの取り外しを容易にする。その後、ＬＥＤチップ５０２は、キャリア５００上に堆積される。発光デバイスが基板を有する場合、ＬＥＤチップ５０２が、半田、ダイボンドペーストまたは同様の材料を用いてキャリア５００に永久的に固定されてもよい。基板が無い場合、チップ５０２は、リリースフィルムまたは他の粘着性がより低い材料を介してキャリア５００に一時的に固定され得る。さらに、ＬＥＤチップ５０２が縦型チップまたは水平チップである場合、導線は、キャリア５００の電気的パターンに接続されなければいけなく、これは、特定の実施形態を用いて後に論じられるであろう。
次に、図５Ｂに示されるように、第１の実施形態で作成されたような半硬化蛍光性樹脂５０４が、ＬＥＤチップ５０２を有するキャリア５００に堆積される。
図５Ｃに示されるように、半硬化蛍光性樹脂５０４を提供する工程を提供した後、積層操作が実行される。本発明において、そのような積層操作は、ＬＥＤチップ５０２およびキャリア５００上の半硬化蛍光性樹脂５０４をコンフォーマルにコーティングすべく、真空環境で実行される熱圧縮である。半硬化蛍光性樹脂５０４は、次に、機械的強度を高めるべくさらに硬化される。好ましくは、積層プロセスにおいて、積層チャンバは、１００℃から２５０℃で、好ましくは５ｐａから４０ｐａの真空で保持される。さらに真空化される場合、積層チャンバは、好ましくは５０℃より低い温度で予め加熱されてもよい。
図５Ｄを参照すると、最後の工程は単体化である。この工程は、後にまたは同時に、硬化蛍光性樹脂５０４をキャリア５００と共に、図３の発光デバイス３０における蛍光層３０４および基板３００へと切断する工程を含む。本発明は、そのように単体化が実行されるかに関しての限定をせず、ツール切断およびレーザ切断の両方は、複数の実現可能な態様である。図５Ｄは、例示的に、切断に用いられるツール５０６を示す。
本発明において、図５Ｃに図示された積層操作は、連続的なバッチ処理として実行されてもよい。以下の説明は、図６Ａから図６Ｄを参照して以下に説明されるであろう。
第１に、チップ５０２および半硬化蛍光性樹脂５０４を運ぶキャリア５００は、（ＰＴＦＥまたはＰＥＴで作成された）熱間圧縮クッション６００上に配置され、積層チャンバ６０２ａ、６０２ｂへと供給される（工程１、図６Ａ）。チャンバ６０２ａ、６０２ｂが、次に、閉鎖され、真空化６０６が始動させられる（工程２、図６Ｂ）。次に、加熱ステージ６０４が持ち上げられ、熱積層のために１００℃から２５０℃に加熱される（工程３、図６Ｃ）。最後に、積層チャンバ６０２ａ、６０２ｂは、熱プレス接合のためにＬＥＤチップ５０２および蛍光性樹脂５０４を運ぶキャリア５００の次のバッチの前に、処理されたバッチを取り外すべく開口される（図６Ｄ）。説明したプロセスで、積層操作を後続して実行することが可能である。積層工程に続き、大気焼成が、好ましくは１２０℃から１７０℃、より好ましくは１３０℃から１６０℃で実行されてよい。本発明において、焼成は、勾配温度上昇法を用いて実行されてもよい。
いくつかの変形例において、発光デバイスは、図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、反射部分を含み、蛍光層が反射部分上にコーティングされる。
特に、ＬＥＤチップ５０２が図５Ａの工程で堆積された後、反射性材料７００が、キャリア５００上のチップ５０２によって覆われていない複数の部分でそのように形成され、チップ５０２に接触する（図７Ａ）。後続して、半硬化蛍光性樹脂７０２が提供され、続いて積層工程（図７Ｂ）および単体化工程が実行される。反射性材料７００は、半硬化蛍光性樹脂７０２が熱圧縮を受ける前、後またはそれと同時に硬化されてよい。次に、単体化の間、硬化蛍光性樹脂７０２、硬化反射性材料７００およびキャリア５００は、発光デバイスを形成すべく、続いてまたは同時に切断される（図７Ｃ）。発光デバイスは、基板５１０、基板５１０上に配置されたＬＥＤチップ５０２、蛍光層７１２および反射部分７１０を備える。反射部分７１０は、ＬＥＤチップ５０２の側面を囲み、ＬＥＤチップ５０２に接触する。蛍光層７１２は、少なくとも部分的にかつコンフォーマルにＬＥＤチップ５０２上でコーティングされる。特に、反射性材料７００は、硬化され切断されて、反射部分７１０を形成する。反射部分７１０は、ＬＥＤチップ５０２と同じ高さである。しかしながら、本発明は、この構成に限定されず、反射部分７１０はＬＥＤチップ５０２より高いかまたはそれより低くてもよい。蛍光層７１２は、反射部分の上面上でコンフォーマルにコーティングされてもよい。図７Ｃに示されるものは、反射部分とＬＥＤチップとの間の構成の１つの実施形態であり、本発明はこの構成に限定されないことに留意されるべきである。代わりに、反射部分は、ＬＥＤチップと接触していなくてもよい。
いくつか変形例において、発光デバイスは、半透明層８１０を備える。半透明層８１０は、図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、蛍光層５１４上にコンフォーマルにコーティングされる。
特に、図５Ｃにおいて半硬化蛍光性樹脂５０４が積層された後、半透明性樹脂８００の層が半硬化蛍光性樹脂５０４上に提供され、積層がもう一度実行される。代わりに、半硬化蛍光性樹脂５０４および半透明樹脂８００は、薄層を作成する工程で積層され、裏打ちされ（ｂａｃｋｅｄ）、次にそれらの全てはＬＥＤチップ５０２を運ぶキャリア５００に提供される。そのような動作は、図８Ａに示されるような積層構造を形成する。単体化工程において、硬化半透明樹脂８００、半硬化蛍光性樹脂５０４およびキャリア５００は、半透明層８１０、蛍光層５１４、基板５１０およびＬＥＤチップ５０２を有する発光デバイスを形成すべく、続いてまたは同時に切断される。
いくつかの不図示の変形例において、半硬化蛍光性樹脂の複数の層が積層されて多層蛍光性樹脂を形成し、最終的に積層蛍光層を形成する。この例において、望ましい発光パターンおよび色均一性を提供すべく、半硬化蛍光性樹脂の複数の異なる層が、その中の蛍光体物質の濃度に従って配置されてもよい。例えば、より高い蛍光体物質濃度を有する複数の層は、（積層後、ＬＥＤチップにより近く）下方に配置され、一方で、より低い蛍光体物質濃度を有するものは、それらの上に積層される。そうすることで、蛍光体物質濃度は、複数の蛍光性樹脂／蛍光性樹脂層が積層されるにつれて上方に向かって減少する。それどころか、より低い蛍光体物質濃度を有する半硬化蛍光性樹脂の複数の層は、下方に配置されてもよく、より高い蛍光体物質濃度を有するものは、順にそれらの上に置かれてもよい。そうすることで、物質濃度は、複数の層が積層されるにつれて上方に向かって増加する。さらに、光変換率を考慮して、複数の異なる蛍光体物質を有する蛍光性樹脂が順序正しく積層されてもよい。例えば、複数の層は、黄色／緑色蛍光体物質がＬＥＤチップに近接し、赤色蛍光体物質が黄色／緑色蛍光体物質上に配置されるように配置される。
本発明において、半透明層および蛍光層が、複数の異なる特性を有する複数の材料で作成される。蛍光層はチップ、導線および基板を直接覆うので、それは、その３つのコンポーネントの相対的な位置を保つのみでなく、半透明層が塗布された場合に生成される圧力をある程度緩衝する機能も果たす。半透明層は、その光学的および保護の目的の対象であり、その形状は従って、より良い光拡散のために設計されてよい。特に、半透明層は通常、比較的高い機械的強度および比較的低い透湿性および酸素透過性を有する材料で作成される。しかしながら、堅い結合および塗布の容易性のため、それは蛍光層と同じ塩基性樹脂で作成されてもよい。この場合、半透明層および蛍光層は、実質的に同じである。
この実施形態において、半透明層は、半硬化樹脂の複数の積層された層で形成される。しかしながら、いくつかの変形例において、半透明層は、水平な上面を有するように成形、回転式コーティング、またはナイフコーティングを用いて形成されてもよく、その材料は、剛性が相対的に高い樹脂、例えばエポキシ樹脂から成ってもよい。ここで、図９Ａおよび図９Ｂを参照する。図９Ａにおいて、半透明層９００は、図９Ａに示されるように、平面を形成するべくエポキシ樹脂を成形することで作成される。従って、単体化の後、半透明層９００はまた、図９Ｂに示されるような平面を有する。
いくつかの変形例において、蛍光層および半透明層は、図１０Ａから図１０Ｃに示されるように、それらの側面に複数の反射部分が設けられてもよい。
図９Ａに示されるような構造が形成された後、図１０Ａに示されるように、ツール１０００が、溝１００２を生成すべく、半硬化蛍光性樹脂５０４および半透明樹脂９００を切断するのに用いられる。次に、溝１００２は、図１０Ｂに示されるように、反射性材料１００４で充填される。その後、硬化が任意の工程として実行される。最後に、反射性材料１００４およびキャリア５００が、それに続く、または同時の方法で切断され、これにより図１０Ｃに示されるような発光デバイスを形成する。発光デバイスは基板５１０上に堆積されたＬＥＤチップ５０２を有し、蛍光層５１４はその上にコンフォーマルにコーティングされ、および半透明層９１０は平面を有し、一方で複数の反射部分１０１４が、蛍光層５１４の複数の対向する側部および半透明層９１０の対向する側面に形成される。
図３に示される発光デバイスにおいて、蛍光層３０４は、基板５１０の複数の端部にまでに及び、基板５１０の複数の端部と同じ高さにある。しかしながら、いくつかの変形例において、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、蛍光層は、基板の複数の端部までに及ばない。
図１１Ａに示される変形例において、蛍光層１１１０は、基板５１０の複数の端部までに及ばないことから、基板５１０の表面は部分的に露出される。これは、蛍光層１１１０が基板５１０の複数の端部で持ち上げられ得るリスクを低減する。さらに、図１１Ｂに示される変形例において、半透明層１１１２は、蛍光層１１１０の外に提供されてもよい。この場合、半透明層１１１２は、蛍光体物質１１１０の湿気および酸素に対する耐性をさらに高めるべく、蛍光層１１１０を完全に覆う。図１１Ｂにおいて、半透明層１１１２の複数の側部は、基板５１０の側面と同じ高さにある。しかしながら、本発明は、この構成に限定されず、半透明層１１１２の側面は、その基板５１０の側面と同じ高さになくてもよい。
本発明は、蛍光層が基板の複数の端部まで及ぶことを防止する方法に対して限定は有していない。例えば、蛍光層は、図５Ｃの工程で積層された後、予め切断されてもよい。そうすることで、複数の溝が形成され、キャリア表面の複数の部分を露出させる。続いて、図５Ｄに示されるように、単体化が、これらの溝に沿ってキャリアにおいて実行される。別の実施形態において、図５Ｄで図示されるような単体化工程の後、基板表面をその複数の端部で露出すべく、基板の複数の端部を覆う蛍光層の複数の部分を除去する目的で、単一の発光デバイスに対して切断が実行される。代わりに、図５Ｂの工程において、予め切断された半硬化蛍光性樹脂が提供される。蛍光性樹脂は、複数の溝の代わりに複数の配線がその上に形成されるように予め切断される。後に、図５Ｃの積層工程が実行されるときに、蛍光性樹脂は、応力下において複数の配線に沿って複数の断片へと分離する。よって、後の単体化の間、蛍光層の切断を実行する必要は無い。これにより、蛍光層と基板との間の分離のリスクを取り除く。
本発明において、蛍光層がコンフォーマルにＬＥＤチップおよび基板上でコーティングされる一方、その厚さは均一である必要はない。いくつかの変形例において、蛍光層は、図１２に示されるように、変更可能な厚さを有する。
図１２に示されるような発光デバイスにおいて、蛍光層１２１０は、変化する発光効果を提供すべく、チップ５０２上および基板５１０上にそれぞれ形成されたｖ切り欠き１２１２ａ、１２１２ｂを有する。特に、本発明は、厚さの変化に対して限定は有していない。例えば、様々な形状の複数の切り欠きまたは突出部が、局所的な形状変更として蛍光層１２１０において形成されてもよい。代わりに、その表面は、局所的に粗面化されてもよい。本発明において、形状変更の数および場所は、実際の必要性に適合され得る。本発明は、これらの局所的な形状変更を形成するための方法に対して限定は有しておらず、任意の適した複数のアプローチが実施されてよい。例えば、ツールが硬化蛍光層上に複数の切り欠きを形成するのに用いられてもよい。代わりに、半硬化蛍光層を作成するプロセスにおいて、薄層の形成の工程で混合物が粗面を有する面に塗布される。そうすることで、形成された半硬化蛍光層は、対応する粗面を有する。
本発明において、蛍光体物質の劣化を最小化すべく、１１ｇ／ｍ２／２４Ｈｒ未満でその透湿性を有し、４００ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒ未満でその酸素透過性を有する樹脂組成物を封止樹脂として用いることが好ましい（コンフォーマル処理を用いた蛍光層および／または半透明層と呼ばれる）。特に、本発明において、そのような封止樹脂は、四価マンガン活性蛍光体物質に対して非常に優れた保護を提供する。次の実験は、封止樹脂の複数の利点を説明するために論じられる。
図１７は、封止実験を示す。発光デバイス１７００は、発光チップ１７０２、調剤樹脂１７０４および赤色蛍光体物質１７０６を含む。調剤樹脂１７０４は、発光チップ１７０２を覆い、赤色蛍光体物質１７０６は封止樹脂１７０４内で分配される。赤色蛍光体物質は、その化学的構造が上述のような四価マンガン活性蛍光体物質であってよい。本実施形態において、発光チップ１７０２を運ぶための支持１７０８がさらにあり、調剤樹脂１７０４がその上に塗布される。支持１７０８は、発光デバイスの実際の設計に従って、図１７に示されるものとは異なる構造で形成されてよい。特に、上述の基板／キャリアは、支持部として用いられてもよく、上述のそれらの特性を有する樹脂組成物は、その中で混合された四価マンガン活性蛍光体物質を保護すべく、蛍光層を形成するのに用いられてもよい。しかしながら、前述の樹脂組成物は、半透明層を形成するのに用いられてよく、四価マンガン活性蛍光体物質を有する蛍光層に塗布されてもよい。これは、半透明層が、蛍光層の透湿性および酸素透過性より小さいかまたはそれらに等しい状態でその透湿性および酸素透過性を有するようにし、これにより、半透明層に、湿気／酸素の浸透または吸収を防止するための、等しいまたはさらにより良い能力を与える。図１７において、発光チップ１７０２は第１の光線１７０３を発するように構成され、第１の光線１７０３は赤色蛍光体物質１７０６を励起し、第２の光線１７０７を発する。
さらに、いくつかの変形例において、オキシ窒化物蛍光体物質が、図１８に示されるように、さらに添加されてもよい。図１８の発光デバイス１８００において、ＬＥＤチップ１７０２、調剤樹脂１７０４および赤色蛍光体物質１７０６とは別箇に、調剤樹脂１７０４へと添加されたオキシ窒化物蛍光体物質１８０２があってもよい。オキシ窒化物蛍光体物質１８０２は、上述の化学式を有する。
本発明において、調剤樹脂は、フェニルシロキサン樹脂組成物またはメチルシロキサン樹脂組成物であってもよい。調剤樹脂は、例えば１．５超、好ましくは１．５から１．６までの間の屈折率を有する。調剤樹脂は、前述の蛍光体物質を含んでよく、染色剤、光拡散剤、充填材および／または他の複数の添加剤をさらに含んでもよい。
少数の実験が、本発明で定義される複数の特性を有する樹脂組成物の利点を立証すべく、本明細書で論じられる。しかしながら、本発明の範囲は、これに限定されるものではない。
比較例１
４５０ｎｍ光ビームが、（日本のＮＥＭＯＴＯ Ｃｏｍｐａｎｙから得られる）ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋の赤色蛍光体物質の発光スペクトルを特定するのに選択された。その結果は図１９に示されている。
実験例１
４５０ｎｍ光ビームは、本発明の赤色蛍光体物質Ｋ２Ｓｉ０．９５Ｆ６：Ｍｎ４＋ ０．０５の発光スペクトルを特定するのに選択された。その結果は図１９に示されている。
図１９において見られるように、比較例１は７５０ｎｍにまで及ぶ幅広い発光スペクトルを有する。それは、低い純度および低い照明強度であり、同様に白色光の発光効率に不利な影響を有する赤色光を発する。一方で、本発明の赤色蛍光体物質Ｋ２Ｓｉ０．９５Ｆ６：Ｍｎ４＋ ０．０５化合物は、主に６００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内でその放出をしたことから、工業用の赤色蛍光体物質の欠陥を克服する。
実験例２
（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋（日本のＤＥＮＫＡ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄから得られる）およびＫ２Ｓｉ０．９５Ｆ６：Ｍｎ４＋ ０．０５が、１．５：１の重量比で混合され、次に、樹脂の重量と粉末の全重量との間の比が１：１．２になるように、（１０．５ｇ／ｍ２／２４Ｈｒの透湿性および３８２ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒの酸素透過性を有する）封止樹脂Ａへと添加された。蛍光体物質に含まれる封止樹脂は、次に、ＩｎＧａＮチップを封止するのに用いられた。
実験例３
Ｓｒ７（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ，Ｃ）２５：Ｅｕ２＋およびＫ２Ｓｉ０．９５Ｆ６：Ｍｎ４＋ ０．０５は、１：１の重量比で混合され、次に、樹脂の重量と粉末の重量との間の比が１：０．８となるように、封止樹脂Ａ（フェニルベースのシリコーン、１０．５ｇ／ｍ２／２４Ｈｒの透湿性、３８２ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒの酸素透過性）へと添加された。蛍光体物質を含んだ封止樹脂は、次にＩｎＧａＮチップを封止するのに用いられた。
点灯試験（点灯電流の２０ｍＡを用いた）は、実験例２および実験例３でそれぞれ作成された発光デバイスにおいて実行された。その結果は以下の表１で示される一方、それらの複数のスペクトルは図２０で示される。
表１
表１から、同じＣＩＥ−ｘおよびＣＩＥ‐ｙで、実験例２が１００％の効率を示し、さらに実験例３が、実験例２と比べて３４％より高い効率さえ提供したことが明らかである。効率の増加は、実験例３および実験例２における（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）Ａｌ，Ｓｉ，Ｏ，Ｎ，Ｃ，Ｅｕを含む）Ｓｒ７（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ，Ｃ）２５：Ｅｕ２＋蛍光体物質の間の複数の化学要素の違いに起因しているかもしれない。
図２１は、実験例３の色度図であり、色フィルタ後の光は、８４％のＮＴＳＣ色域値を有する。
比較例２
Ｓｒ７（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ，Ｃ）２５：Ｅｕ２＋およびＫ２Ｓｉ０．９５Ｆ６：Ｍｎ４＋ ０．０５は、１：１の重量比で混合され、次に、封止樹脂（１５ｇ／ｍ２／２４Ｈｒの透湿性および７２６ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒの酸素透過性を有するフェニルベースのシリコーン）へと添加されたので、樹脂の重量および粉末の全重量は、１：０．８の比となった。蛍光体物質に含んだ封止樹脂は、次に、ＩｎＧａＮチップを封止するのに用いられた。
実験例３および比較例２で得られた発光デバイスは、実行された耐性試験についての様々な条件で照らされた。その結果は以下の表２に示される。
表２
期間＃２：大気において、１５０ｍＡの駆動電流、２５℃の温度。
期間＃３：大気において、１５０ｍＡの駆動電流、２５℃の温度。
期間＃４：大気において、４５ｍＡの駆動電流、８５℃の温度。
ΔＩＶ：百分率で表された、初期の輝度と比較した輝度における減少。
ΔＸ：初期の輝度からのＣＩＥ Ｘ座標変動。
ΔＹ：初期の輝度からのＣＩＥ Ｙ座標変動。
表２において記録された複数の耐性試験において、実験例３と比較例２との間の唯一の差異は、それらの透湿性および酸素透過性に依存する。表２に示された複数の結果に従って、実験例３において全ての試験期間に得られた発光デバイスは、比較例２において得られた発光デバイスと比べてより少ないＩＶ減少およびより少ないＣＩＥ座標変動を示した。これは、１０．５ｇ／ｍ２／２４Ｈｒ未満でその透湿性を有し、３８２ｃｍ３／ｍ２／２４Ｈｒ未満でその酸素透過性を有する樹脂を扱って作業する場合、本発明の蛍光体物質の組み合わせが加水分解および劣化により良く抵抗し得る。
要約すれば、封止樹脂が複数の特定の物理特性を保有する、Ａ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋の化学式を有する赤色蛍光体物質を用いることにより、本発明は、ＴＶ背面光源の色域を拡大し得るのみでなく、赤色蛍光体物質を加水分解および劣化から防止もし得、これにより開示された発光デバイスの全体的な信頼性を向上する。さらに、本発明によると、複数の他の色の蛍光体物質が、背面光源の色域をさらに拡大すべく、さらに用いられてもよい。
＜＜第３の実施形態＞＞
以下の説明は、発光デバイスのチップが配線を必要とする場合、すなわち水平チップまたは縦型チップが開示された発光デバイスで用いられる場合に向けられる。水平チップまたは縦型チップが本発明のチップとして用いられる場合、チップの上面を基板の回路パターンと接続すべく、導線が提供されなければいけない。この場合、硬質樹脂を導線上へ塗布するという従来のアプローチは、ワイヤを破壊する可能性がある。本発明は、半硬化蛍光性樹脂を蛍光層の前駆体として異なって用いるので、半硬化蛍光性樹脂は、それ自体の形状を導線に合わせる。代わりに、導線は、樹脂の適用によって破壊しないように突き通る。硬化蛍光層は、次に、導線を保護するように、またはチップと複数の電極との間の接続保護するように、続いて塗布される半透明層または他の外部の材料と応力を吸収するための導線との間の緩衝材としての機能を果たす。
この実施形態において、蛍光層は、導線上でコンフォーマルにコーティングされる。ボイド部分が導線の下に形成されてもよい。蛍光層は導線を、ボイド部分の２つの側から覆う。別の実施形態において、導線の下にはボイド部分は形成されない。従って、蛍光層が導線を完全に包含し得る。代わりに、導線は、蛍光層を貫通する最高点または遠地点を有する。この場合、チップに接続された導線の端部は、蛍光層で包含される。図１３Ａから図１３Ｄおよび図１４Ａから図１４Ｃは、そのような導線を伴う様々な実施形態を示すために提供される。
第１に、図１３Ａに示されるように、ＬＥＤチップ１３０２がキャリア１３００上に堆積された後、ワイヤ接合が、少なくとも１つの導線１３０４の１つの端部をＬＥＤチップ１３０２の上面と接続し、導線１３０４の反対側の端部をキャリア１３００の導電性パターン（不図示）と接続すべく実行される。
次に、半硬化蛍光性樹脂１３０６が提供され、積層操作が実行される。積層後、半硬化蛍光性樹脂１３０６が導線１３０４をコンフォーマルに覆う。それは、アセンブリの上面図において、半硬化蛍光性樹脂１３０６が導線１３０４をその２つの側から覆うことを意味する。いくつかの実施形態において、ボイド部分は、図１３Ｂに示されるように、導線の下に形成されてもよい。導線１３０４の下のボイド部分１３０８は、樹脂１３０６が熱のもとで膨張する場合に生成されるバルク応力を扱うべく、発光デバイスの内部の応力緩衝材として働く。図１３Ｂにおいて、そのような空間部分１３０８が設けられた１つの導線１３０４のみがある一方、本発明を参照することにより、そのような空間部分１３０８は複数の導線の各々の下に形成されてよく、全てのこれらの変更は本発明の範囲内になければいけないことは、当業者にとって明らかである。
次に、図１３Ｃに示されるように、任意の工程として、半透明性樹脂１３０９が半硬化蛍光性樹脂１３０６上へと塗布され硬化される。半透明性樹脂１３０９は、好ましくは、エポキシ樹脂等の硬質樹脂層である。最後に、単体化が、硬化半透明樹脂１３０９、蛍光性樹脂１３０６およびキャリア１３００を続いてまたは同時に切断すべく実行され、これにより、図１３Ｄに示されるような発光デバイスを形成する。基板１３１０上において、半透明層１３１９が蛍光層１３１６を覆い、蛍光層１３１６が導線１３０４をコンフォーマルに覆う一方、ボイド部分１３０８が導線１３０４の下に形成される。図１３Ｄはボイド部分１３０８を有する発光デバイスを図示する一方、本発明は、しかしながら、いくつかの実施形態ではそのような空間部分は有しておらず、蛍光層が導線を完全に包含するように作成される。さらに、図１０Ｃに示されるような複数の反射部分が、光収束を向上させるべく添加されてもよい。
いくつかの変形例において、導線は蛍光層を通り抜ける。特に、導線は、蛍光層を通り抜ける最高点または遠地点を有し、ＬＥＤチップおよび発光デバイスに接続された導線の２つの端部は、図１４Ａから図１４Ｃに示されるように、蛍光層によってそれぞれ包含されてよい。
図１３Ａに示されるようなワイヤ接合工程が実行された後、半硬化蛍光性樹脂１４０６が提供され、積層操作が実行される。図１４Ａに示されるように、積層後、導線１４０４は半硬化蛍光性樹脂１４０６を突き通り、それは、アセンブリの側面図において半硬化蛍光性樹脂１４０６がＬＥＤチップ１４０２の表面上においてコンフォーマルにコーティングされ、導線１４０４の２つの端部の両方を包含することを意味する。図１４Ｂに示されるように、任意の工程として、半透明性樹脂１４０８は、硬化が実行される前に半硬化蛍光性樹脂１４０６上に提供される。樹脂１４０８は、好ましくは、硬質のもの、例えばエポキシドである。最後に、図１４Ｃに示される発光デバイスを形成すべく、単体化が、硬化半透明層１４１８および基板１４１０を続いてまたは同時に切断することにより実行される。１つの実施形態において、導線１４０４が蛍光層１４１６を突き通り、複数の部分、すなわちその２つの端部を蛍光層１４１６により覆われた状態で有する。さらに、図１０Ｃに示されるように複数の反射部分が、光濃度を向上させるべく添加されてよい。
いくつかの他の不図示の変形例において、ワイヤードチップが、図７Ｂに示されるような実施形態において用いられてもよい。この場合、反射部分および発光ダイオードチップは、互いに水平であるか、または反射部分は、ＬＥＤチップよりも高い一方、蛍光層は反射部分上においてコーティングされる。発光デバイスは、ＬＥＤチップを発光デバイスにおける複数の電極と接続するための少なくとも１つの導線をさらに含む。蛍光層は、導線の一部を包含し、反射部分は、導線の別の部分を包含する。
＜＜第４の実施形態＞＞
本発明による異方性導電接着剤（ＡＣＡ）および成形プロセスを用いて作成された発光デバイスが、ここで論じられる。論じられた製造プロセスについて、図１５Ａから図１５Ｆが第１に参照される。金属リードフレームが本明細書においてキャリア／基板として用いられる一方、本発明の実装はこれに限定されず、ＰＣＢまたは他の複数の材料が代わりに用いられてもよいことに留意されるべきである。
工程１において、金属リードフレーム１５００が、リリースフィルム上に提供され、金属リードフレーム１５００の複数の側面が部分的に、または完全にリリースフィルムに埋め込まれてもよい（図１５Ａ）。
工程２において、ＡＣＡ１５０２が金属リードフレーム１５００上に堆積される（図１５Ｂ）。
工程３において、ＡＣＡ１５０２が、ＬＥＤチップ１５０４を金属リードフレーム１５００に固定する（図１５Ｃ）。
工程４において、ＬＥＤチップ１５０４の表面上に配置され得る半硬化蛍光性樹脂１５０６が、コンフォーマルパターンとして提供される。半硬化蛍光性樹脂１５０６は、必要な場合はＡＣＡ１５０２の側面および金属リードフレーム１５００の側面を覆うまでに及んでよい（図１５Ｄ）。さらに、半硬化蛍光性樹脂１５０６は、蛍光体物質を含む。
工程５において、半透明性樹脂１５０８が半硬化蛍光性樹脂１５０６上に提供される（図１５Ｅ）。
工程６において、単体化が複数の発光デバイスを形成すべく実行される（図１５Ｆ）。
上記で与えられた複数の工程を通して、図１６Ａに示されるような発光デバイスが作成される。発光デバイスは、一対の電極パッド１６００、１６０２を含む基板を備え、好ましくは、基板は、一対の電極パッドと、ＬＥＤチップ１６０４と、蛍光層１６１６と、半透明層１６１８と、異方性導電接着剤（ＡＣＡ）１６１０、１６１２とから構成される。ＬＥＤチップ１６０４は、例示的にフリップチップであり、ダイボンディングを用いて電極パッド１６００、１６０２に接合される。つまり、ＬＥＤチップ１６０４は、導線を用いずに電極パッド１６００、１６０２に直接電気的に接続される。電極パッド１６００上のＡＣＡ１６１０および電極パッド１６０２上のＡＣＡ１６１２は、互いから分離される。蛍光層１６１６は、ＬＥＤチップ１６０４、ＡＣＡ１６１０、１６１２および電極パッド１６００、１６０２をコンフォーマルに覆い、電極パッド１６００、１６０２の側面１６００ａ、１６０２ａの複数の部分を覆うまでに及ぶ。半透明層１６１８は、蛍光層１６１６を覆い、その側面１６１８ａは、蛍光層１６１６の側面１６１６ａと同じ高さにある。本実施形態において、金属リードフレームは、リリースフィルム（不図示）に完全に埋め込まれていないが、電極パッド１６００、１６０２の複数の部分のみが埋め込まれた状態である。よって、電極パッド１６００、１６０２の複数の部分は、リリースフィルムで覆われる一方、他の複数の部分は蛍光層１６１６で覆われる。リリースフィルムの除去後、リリースフィルムで事前に覆われた複数の部分が露出され、蛍光層１６１６および半透明層１６１８を含まない。これは、発光デバイスの側部において段差のある構造を引き起こす。言い換えれば、蛍光層１６１６の側面１６１６ａおよび半透明層１６１８の側面１６１８ａは、電極パッド１６００、１６０２の側面１６００ａ、１６０２ａと水平ではない。
いくつかの変形例において、図１６Ｂに示されるように、ＡＣＡ１６０６がＰ型電極パッド１６００およびＮ型電極パッド１６０２の両方を覆い続け、これによりチップ１６０４の底部において、短絡回路のリスクなしで十分に光を反射させる。ＡＣＡの複数の特性が原因で、この変形例においてＡＣＡ１６０６は連続的な形態にあるものの、電気伝導は、チップ１６０４の電極１６１４と電極パッド１６００、１６０２との間の領域に限定され、他のいずれの位置も電気絶縁性のままであることに留意されるべきである。これは、発光デバイスを短絡回路から守る。
いくつかの変形例において、異なる形態の図１６Ａの発光デバイスにおいて、電極パッド１６００、１６０２はリリースフィルムへと完全に埋め込まれる。よって、リリースフィルムの除去後、電極パッド１６００の側面１６００ａおよび底部１６００ｂならびに電極パッド１６０２の側部１６０２ａおよび底部１６０２ｂは、蛍光層１６１６および半透明層１６１８の外に完全に露出される。さらに、蛍光層１６１６は、図１６Ｃに示されるように、電極パッド１６０２および１６１２に及ぶ。さらに、本変形例において、ＡＣＡ１６１０、１６１２は、制限なくいずれの構造であってもよく、図１６Ａまたは図１６Ｂに示されるものであってよい。
いくつかの変形例において、電極パッド１６００、１６０２の側面１６００ａ、１６０２ａは、図１６Ｄに示されるように、蛍光層１６１６の側面１６１６ａおよび半透明層１６１８の側部１６１８ａとそれぞれ同じ高さにある。
半透明層１６１８および蛍光層１６１６がそれらの側面を互いに水平な状態で有する場合、蛍光層１６１６は蛍光体物質を含むので、いくらかの変換された光が蛍光層１６１６の側面から直接発せられ、一貫性のない光の色をもたらす。この問題に取り組むべく、いくつかの変形例において、半透明層１６１８が、図１６Ｅに示されるように、蛍光層１６１６の側面１６１６ａを覆うまでに及び、電極パッド１６００、１６０２の底部と同じ高さにはない。
いくつかの変形例において、図１６Ｆに示されるように、特に、電極パッド１６００、１６０２がチップ１０６４より薄い場合、ＬＥＤチップと複数の電極との間で適切な機械的強度を維持すべく、蛍光層１６１６は、Ｐ型電極パッド１６００とＮ型電極パッド１６０２との間の空間１６０８へと及んでもよい。代わりに、図１６Ｇに示されるように、蛍光層１６１６は、電極パッド１６００、１６０２の側面１６００ａ、１６０２ａを完全に覆うまでに及んでもよい。樹脂の追加の適用は、従って、発光デバイスの機械的強度を高めることを支援する。従って、半硬化蛍光層１６１６が用いられる場合、外力が、蛍光層１６１６に電極パッド１６００、１６０２の間の空間に入らせるかまたは電極パッド１６００、１６０２を覆うまでに及ぶようにするのに用いられてもよい。そうすることで、硬化後の蛍光層が、発光デバイスの機械的強度を向上させることに寄与し、ＡＣＡ１６１０、１６１２を保護する。
前述の複数の変形例に加えてキャリア／基板の機械的強度を向上させるアプローチとして、詰物１６２０が電極パッド１６００、１６０２の側面１６００ａ、１６０２ａで提供されてよく、空間１６０８内へ充填されてよい。図１６Ｈを参照すると、側面１６００ａ、１６０２ａおよび空間１６０８は、全てそれと共に詰物１６２０を有する。蛍光層１６１６の側面１６１６ａおよび半透明層１６１８の側面１６１８ａは、詰物１６２０の側面１６２０ａと同じ高さにある。
いくつかの変形例において、ＡＣＡの代わりに異方性導電膜（ＡＣＦ）を用いることが可能であり、これにより発光デバイスの機械的強度をさらに向上させ、ＬＥＤチップが複数の電極パッドから外れることを防止する。特に、ＡＣＦ１６２２は、プリントまたはコーティング等、様々な態様で形成されてよい。ＡＣＦ１６２２は、上記でより良い反射性に名前が由来する複数の反射粒子を含んでよい。ＡＣＦ１６２２の塗布されたエリアがＬＥＤチップ１６０４および電極パッド１６００、１６０２の組み合わせたエリアより大きい場合、光抽出効率はさらに高められる。さらに、ＡＣＦをウェハ上へ直接塗布することが可能である。そうすることで、ＡＣＦ１６２２は、チップ１６０４の電極１６１４上に直接形成される。これにより、パッケージング動作中にＡＣＦを導電性リードフレームに塗布するプロセスが省略され得る。ＡＣＦ１６２２のエリアは、図１６Ｉに示されるように、チップ１６０４の電極１６１４のエリアと同じサイズであってよい。しかしながら、図１６Ｊに示されるように、動作を簡略化すべく、ＡＣＦ１６２２のエリアはチップ１６０４の電極１６１４のエリアより僅かに大きくてよく、電極パッド１６００、１６０２のエリアにたとえ等しくてもよい。後者の場合、ＡＣＦ１６２２の側面は、発光層１６１８、蛍光層１６１６および電極パッド１６００、１６０２の側面と同じ高さにある。さらに、ＡＣＦは、Ｐ型電極パッドまたはＮ型電極パッド（例えば、正方形）のそれと一致する必要はなく、十分な組み合わせのエリアをそれが提供する限り、いずれの形状であってもよい。
図１６Ａから図１６Ｊに示されるような発光デバイスは、ＡＣＡを用いる一方、それは、ＡＣＡの代わりにＡＣＦを用いてもよく、同じ外観および形態を有することに留意されるべきである。
さらに、ＡＣＦを用いる発光デバイスを製造するための方法は、次の工程を備える。
工程１：金属シートを提供する段階と、
工程２：ＡＣＦを用いてＬＥＤチップを金属シートに接合する段階と、
工程３：カバーシートが、コンフォーマルパターンとしてＬＥＤチップの表面上に配置されるように提供する段階と、
工程４：カバーシート上のトランスファー成形のための樹脂を提供する段階と、
工程５：複数の発光デバイスを形成するように単体化を実行する段階。
上述の例示的なプロセスは、ＡＣＦ（工程２）を既に有するチップの使用に関する一方、本発明はこれに限定されないことは、当該分野において通常の技術を有する当業者らにとって明らかである。任意に、ＡＣＦは、ＬＥＤチップのためにダイボンディングがその上で実行される前に、電極パッド／支持部に適用されてよい。
本発明は、複数の好ましい実施形態を参照して説明された。複数の実施形態は、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。さらに、本明細書で開示された含有量は、容易に理解されるべきであり、当業者によって実施され得ることから、本発明の概念から逸脱しない全ての同等な変化または変更が、添付の特許請求の範囲によって包含されるべきである。
Claims (20)
- 基板と、
前記基板上に配置されたＬＥＤチップと、
蛍光層と、を備える発光デバイスであって、
前記蛍光層は、少なくとも部分的にかつコンフォーマルに前記ＬＥＤチップおよび前記基板上でコーティングされている、
発光デバイス。 - 前記基板は、一対の電極パッドから構成され、前記一対の電極パッドは、空間によって分離されている、請求項１に記載の発光デバイス。
- 前記ＬＥＤチップは、前記一対の電極パッドに直接電気的に接続されている、請求項２に記載の発光デバイス。
- 前記一対の電極パッドは、前記ＬＥＤチップの厚さより小さい厚さを有する、請求項２または３に記載の発光デバイス。
- 前記空間において詰物が充填されている、請求項２から４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記一対の電極パッドの複数の側部に詰物が設けられる、請求項２から４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記蛍光層の複数の側部は、前記詰物の複数の側部と同じ高さにある、請求項６に記載の発光デバイス。
- 前記蛍光層は、前記空間内に充填される、請求項２から７のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記蛍光層は、前記一対の電極パッドの複数の側部を覆う、請求項２から７のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記蛍光層上でコンフォーマルにコーティングされている半透明層をさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記半透明層の複数の側部は、前記蛍光層の複数の側部と水平である、請求項１０に記載の発光デバイス。
- 前記半透明層は、前記蛍光層の透湿性および酸素透過性に等しいかまたは前記蛍光層の透湿性および酸素透過性より低い透湿性および酸素透過性を有する、請求項１０または１１に記載の発光デバイス。
- 前記ＬＥＤチップを囲む反射部分をさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記反射部分は、前記ＬＥＤチップと接触する、請求項１３に記載の発光デバイス。
- 前記反射部分は、半透明層を囲み、前記半透明層は前記蛍光層上でコーティングされている、請求項１３または１４に記載の発光デバイス。
- 前記ＬＥＤチップおよび前記基板を接続する導線をさらに備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記蛍光層は、前記導線上でコンフォーマルにコーティングされている、請求項１６に記載の発光デバイス。
- ボイド部分が前記導線の下に形成されている、請求項１６に記載の発光デバイス。
- 前記導線は、前記蛍光層を通り抜ける、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記導線の一部を包含する反射部分をさらに備える、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の発光デバイス。
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