JP2023003088A - 発光装置、発光装置の製造方法、光反射材料及び照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光反射性の樹脂体の劣化を抑制し長期信頼性を向上することが可能な光反射材料、発光装置及びそれらの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の発光装置は、基板と、前記基板上に配された発光素子と、前記発光素子の周囲に配された透光性の熱硬化性樹脂材と、を含み、前記樹脂材は、各々が樹脂体を保持する複数の閉空間を有する。【選択図】図２
Description
本発明は、発光装置、発光装置の製造方法、光反射材料及び照射装置に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等の発光素子を光源として用いた小型の発光装置として、搭載基板と、当該搭載基板上に配された発光素子と、当該発光素子の側面を覆うように配された光反射性の樹脂体からなる発光装置が知られている。
例えば、特許文献１には、支持体と、支持体上に配されたオプトエレクトロニクス半導体チップと、オプトエレクトロニクス半導体チップの放射主面に取り付けられたカバーボディと、オプトエレクトロニクス半導体チップ及びカバーボディの側面を覆う反射性の注型材料と、を有するオプトエレクトロニクス半導体モジュールが開示されている。
特許文献１に開示されたオプトエレクトロニクス半導体モジュールにおいては、酸化チタンからなる反射性の粒子が埋め込まれた透過性のシリコーン材料を注型材料として用いている。しかしながら、注型材料に含まれる酸化チタンが有する光触媒作用によって、樹脂の分解が生ずることが知られている。注型材料中の酸化チタンは、オプトエレクトロニクス半導体チップ又はカバーボディからの光により光触媒作用を発揮し、シリコーン材料等の樹脂の劣化を促進させ、シリコーン材料の黄変、クラック及び解重合による樹脂減り等を発生させる可能性がある。これにより、オプトエレクトロニクス半導体モジュールにおける光学特性の長期信頼性が損なわれる可能性がある。
また、注型材料の反射特性を向上させるために、シリコーン材中の金属粒子等の反射粒子の濃度を高めると、硬化後のシリコーン材料の弾性率が低下し、シリコーン材料のクラック及び支持体等との剥離等が発生し、オプトエレクトロニクス半導体モジュールの長期信頼性が損なわれる可能性がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、光反射性の樹脂体の劣化を抑制し長期信頼性を向上することが可能な発光装置、発光装置の製造方法、光反射材料及び照射装置を提供することを目的としている。
本発明に係る発光装置は、基板と、前記基板上に配された発光素子と、前記発光素子の周囲に配された透光性の熱硬化性樹脂からなる樹脂材と、を含み、前記樹脂材は、各々が樹脂体を保持する複数の閉空間を有することを特徴としている。
また、本発明に係る発光装置の製造方法は、基板と、前記基板上に配された発光素子と、前記発光素子の上面上に配された波長変換体と、を備えた発光装置の製造方法であって、高級アルコールを含む被膜を有する樹脂体を透光性の熱硬化性樹脂からなる樹脂材に分散する分散工程と、前記樹脂材を前記基板上の前記発光素子の周囲に配置する樹脂材配置工程と、前記樹脂材を加熱硬化させると共に、前記高級アルコールを気化させて前記樹脂材内に閉空間を形成する加熱処理工程と、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係る発光装置の製造方法は、基板と、前記基板上に配された発光素子と、を備えた発光装置の製造方法であって、熱膨張性粒子を透光性の熱硬化性樹脂からなる樹脂材に分散する分散工程と、前記樹脂材を前記基板上の前記発光素子の周囲に配置する樹脂材配置工程と、前記樹脂材を加熱硬化させると共に、前記熱膨張性粒子を膨張させて前記樹脂材内に閉空間を形成する加熱処理工程と、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係る光反射材料は、各々が樹脂体を保持する複数の閉空間を有する透光性の熱硬化性樹脂からなることを特徴としている。
また、本発明に係る照射装置は、光源と、前記光源から出射する光が入射する位置に設けられた光反射材料と、を含み、前記光反射材料は、各々が樹脂体を保持する複数の閉空間を有する透光性の熱硬化性樹脂からなることを特徴としている。
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
図１～図３を参照しつつ、実施例１に係る発光装置１００の構成について説明する。
図１は、実施例１に係る発光装置１００の上面図である。また、図２は、図１に示した発光装置１００の２－２線に沿った断面図である。
発光装置１００は、上面に凹状のキャビティを有しかつ当該キャビティ底面に形成された第１の配線１５及び第２の配線１７を有する基板１０と、第１の配線１５上に配された発光素子２０と、発光素子２０の上面上に配された波長変換体４０と、を有する。また、発光装置１００は、キャビティ内を充填する樹脂材６０を有する。
基板１０は、例えば、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックからなる基板である。また、基板１０は、例えば、平板状の平板部１１及び平板部１１の上面と同様の外周形状を有しかつ内縁部に上面から下面まで貫通した開口部を有する枠体部１３からなる。すなわち、基板１０は、平板部１１の上面を底部とし、当該平板部１１の上面と枠体部１３の内側面とからなる凹状のキャビティを有する。
本実施例１においては、平板部１１及び枠体部１３が一体的に形成されている。すなわち、基板１０は１の基材に加工を施して形成された基板である。なお、基板１０は、平板部１１及び枠体部１３が別個に形成されかつ、平板部１１と枠体部１３とが接着剤等を介して接合されていてもよい。また、その場合、平板部１１と枠体部１３とが別々の部材からなっていてもよい。
第１の配線１５及び第２の配線１７は、基板１０に互いに離間して形成されている。第１の配線１５及び第２の配線１７は、平板部１１の上面、すなわち、基板１０のキャビティの底面に形成された第１及び第２の内部配線１５Ｉ及び１７Ｉと、平板部１１の上面から下面まで貫通するように形成された第１及び第２の貫通配線１５Ｈ及び１７Ｈと、平板部１１の下面に形成された第１及び第２の外部配線１５Ｏ及び１７Ｏと、からなる。第１及び第２の内部配線１５Ｉ及び１７Ｉと第１及び第２の外部配線１５Ｏ及び１７Ｏとは、第１及び第２の貫通配線１５Ｈ及び１７Ｈによって電気的に接続されている。
第１の配線１５及び第２の配線１７は、例えば、銀合金、銅（Ｃｕ）等の金属からなる金属配線である。また、第１の配線１５及び第２の配線１７は、表面にニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）の金属膜が形成されている。
また、第１の内部配線１５Ｉは、その上面上に発光素子２０が載置される素子載置部として機能する。また、第１及び第２の外部配線１５Ｏ及び１７Ｏの各々は、実装基板に実装される際の実装電極として機能する。すなわち、基板１０は、第１及び第２の内部配線１５Ｉ及び１７Ｉが形成されているキャビティの底面が発光装置１００の素子載置面として機能し、基板１０の下面が発光装置１００の実装基板への実装面として機能する。また、基板１０の上面であるキャビティ形成面が発光装置１００の光放射面として機能する。
発光素子２０は、基板１０の第１の配線１５上に載置された、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）素子等の発光素子である。言い換えれば、発光装置１００は、基板１０上に配された発光素子２０を含む。
発光素子２０は、例えば、シリコン等の導電性の半導体を主材料とする支持基板上に、ｐ型半導体層と、活性層と、ｎ型半導体層からなる図示しない半導体層と、複数の金属層からなる反射電極とを貼り合わせた構造からなる。半導体層は、例えば、支持基板の上面上から導電性の接合部材を介して反射電極、ｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層の順に積層されている。本実施例１においては、ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）等を主材料とする窒化物半導体であり、多重量子井戸構造を有する発光層から青色の光を放射する青色ＬＥＤである。また、ｎ型半導体層の上面は、半導体層の上面であり、発光素子２０における光放射面として機能する。
また、半導体層のｎ型半導体層は、発光素子２０の支持基板と電気的に接続されており、発光素子２０の下面がカソード電極として機能する。発光素子２０の下面であるカソード電極は、導電性の素子接合層３０を介して第１の内部配線１５Ｉと電気的に接続されている。
また、発光素子２０の上面上には、半導体層と離間して形成された電極パッド２５が形成されている。電極パッド２５は、半導体層のｐ型半導体層と電気的に接続されており、発光素子２０のアノード電極として機能する。また、電極パッド２５は、例えば、金（Ａｕ）からなる導電性のボンディングワイヤＢＷを介して第２の内部配線１７Ｉと電気的に接続されている。すなわち、発光装置１００は、第１の外部配線１５Ｏが発光装置１００のカソード電極として機能し、第２の外部配線１７Ｏが発光装置１００のアノード電極として機能する。
素子接合層３０は、例えば、導電性の接着剤である。素子接合層３０は、例えば、金－錫（Ａｕ－Ｓｎ）の合金粒子が混合されたペーストを原材料とする。第１の内部配線１５Ｉにペーストが塗布され、当該ペーストの上面上に発光素子２０のカソード電極が接するように載置され加熱処理される。
この加熱処理により、ペーストに含まれるＡｕ－Ｓｎ粒子が溶融し、第１の内部配線１５Ｉの表面のＡｕ層と共晶反応を起こし、発光素子２０と第１の内部配線１５Ｉとが共晶接合される。なお、素子接合層３０の材料は、Ａｕ－Ｓｎペーストに限らず、はんだペーストや銀ペースト等の材料を用いてもよい。
波長変換体４０は、発光素子２０上に接着層５０を介して配されている。波長変換体４０は、発光素子２０からの発光の一部又は全部を波長変換する蛍光体粒子を含む。波長変換体４０は、例えば、セリウム（Ｃｅ）をドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）を主材料とする蛍光体粒子と、発光素子２０の放射光及び蛍光体粒子の放射光を透光するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックのバインダと、を含む焼結体である。本実施例１においては、波長変換体４０は、発光素子２０が放射する青色の光の一部を蛍光体粒子が波長変換し、白色の光を放射する波長変換体である。
接着層５０は、発光素子２０から放射される光及び波長変換体４０から放射される光を透過する透光性の樹脂材料からなる接着剤である。接着層５０は、例えば、シリコーン樹脂等の熱硬化性の樹脂である。
発光素子２０から放射された光は、接着層５０を介して波長変換体４０の下面から波長変換体４０の内部に入光し、波長変換体４０の内部で波長変換されて波長変換体４０の上面から発光装置１００の外部へ出光する。すなわち、波長変換体４０は、その下面が発光素子２０から放射された光を接着層５０を介して受光する受光面として機能し、その上面が発光装置１００の光放射面として機能する。
樹脂材６０は、平板部１１と枠体部１３とで形成されたキャビティ内部に、発光素子２０を封止しかつ波長変換体４０の側面を覆うように充填されている。樹脂材６０は、例えば、シリコーン樹脂等の透光性の熱硬化性樹脂である。本実施例１においては、樹脂材６０が熱硬化性のシリコーン樹脂である場合について説明する。
また、樹脂材６０の内部には、図２に示すように、複数の閉空間７０が分散して形成されている。
図３は、実施例１に係る発光装置１００の樹脂材６０及び複数の閉空間７０の一部を拡大した断面拡大図である。
複数の閉空間７０の各々は、２００ｎｍ以上２００μｍ以下の平均径を有することが好ましく、さらに２００ｎｍ以上５０μｍ以下の平均径を有することが好ましい。２００ｎｍ未満となると、分子間力が強く粒子の凝集が強く、２００μｍを超えると樹脂注入のコントロールが難しくなるためである。本実施例においては、複数の閉空間７０の各々が、例えば、約２００ｎｍ～３００ｎｍの平均径を有し、かつ各々が略球状の形状で形成されている。各閉空間７０の中には、樹脂体７３が含まれ、樹脂体７３との間に気体状態からなる空間が形成されている。また、複数の閉空間７０の内部は、高級アルコールを含む有機物を含んでいる。この有機物は、樹脂体７３表面へ付着、樹脂材６０の閉空間７０の内壁表面へ付着するなどして存在し得る。また、複数の閉空間７０の内部に含まれる高級アルコールは、樹脂材６０の熱硬化温度よりも低い温度で気化する有機物である。具体的には、複数の閉空間７０の内部に含まれる高級アルコールは、樹脂材６０として用いたシリコーン樹脂の粘度が低下する加熱温度で気化するものであることが好ましい。言い換えれば、複数の閉空間７０は、内部に有機物を含む。また、複数の閉空間７０の内部に含まれる有機物は、高級アルコールである。また、複数の閉空間７０の内部に含まれる有機物は、樹脂材６０の熱硬化温度よりも低い温度で気化する有機物である。また、複数の閉空間７０の各々は、例えば、径の平均値が２００ｎｍ～３００ｎｍである。
また、複数の閉空間７０の各々の内部には、各々の閉空間７０の形よりも小さい外形を有する樹脂体７３が内在している。樹脂体７３は、例えば、略球状に形成されたシリコーン樹脂である。言い換えれば、発光装置１００は、発光素子２０及び波長変換体４０の周囲に配された樹脂材６０を含む。また、樹脂材６０は、各々が樹脂体７３を保持する複数の閉空間７０を有する。また、樹脂体７３は、シリコーン樹脂である。
樹脂材６０及び複数の閉空間７０は、発光素子２０から放射される光及び波長変換体４０から放射される光を反射する光反射体として機能する。
なお、複数の閉空間７０は、後述の製造方法において、樹脂材６０の加熱硬化時に形成される。具体的には、樹脂材６０の前駆体である未硬化の樹脂に樹脂体７３が分散するように混合される。この時、樹脂体７３は、高級アルコールを含む分散材によって覆われている。その後、樹脂材６０の前駆体の加熱硬化時において、分散材に含まれる高級アルコールは、樹脂材６０の前駆体が硬化する温度より低い温度にて気化する。気化した高級アルコールは、樹脂体７３の周囲の樹脂材６０を押し広げ、樹脂体７３の周囲に閉空間７０を形成する。また、樹脂材６０の前駆体が閉空間７０が形成された状態のままさらに加熱されて硬化することにより、加熱硬化後の樹脂材６０の内部に当該閉空間７０が残留する。
なお、分散材に含まれる高級アルコールは、樹脂材６０又は樹脂材６０の前駆体に溶けない有機物であることが好ましい。具体的には、分散材は、樹脂材６０及び樹脂体７３であるシリコーン樹脂の双方に分散材が有するアルキル基又は水酸基等の官能基が配向する有機物であることが好ましい。
例えば、樹脂材６０及び樹脂体７３が双方共に疎水性の性質を有する場合、分散材は、低級アルコール及び高級アルコールを含む構成とすることが好ましい。これにより、樹脂体７３と樹脂材６０の前駆体の間において、分散材は、低級アルコールを介して高級アルコールのアルキル基が樹脂体７３及び樹脂材６０の前駆体の各々の表面に配向する。具体的には、分散材は、樹脂体７３の側から順に、樹脂体７３にアルキル基が配向しかつ外側に水酸基が配向した高級アルコール、当該高級アルコールの水酸基に配向した低級アルコール、当該低級アルコールに水酸基が配向しかつ樹脂材６０の前駆体にアルキル基が配向した高級アルコールの順に配向される。すなわち、分散材は、高級アルコール、低級アルコール、高級アルコールの順に層状となった膜状の分散材を構成することが可能となり、樹脂材６０の前駆体に溶け込むことを抑制することが可能となる。また、気化した高級アルコールにおいても、樹脂体７３及び樹脂材６０の前駆体の表面にアルキル基が配向するため、気体状態の高級アルコールが樹脂材６０の前駆体に溶け込むことが抑制され、閉空間７０の収縮等による径のバラつきを抑制することが可能となる。
また、例えば、樹脂材６０及び樹脂体７３が双方共に親水性の性質を有する場合、分散材は、低分子量炭化水素及び高級アルコールを含む構成とすることが好ましい。この場合においても、樹脂体７３と樹脂材６０の前駆体の間において、分散材は、低分子量炭化水素を介して高級アルコールの水酸基の各々が樹脂体７３及び樹脂材６０の前駆体の各々の表面に配向する。よって、分散材は、上記の樹脂材６０及び樹脂体７３が双方共に疎水性の性質を有する場合と同様に、高級アルコール、低分子量炭化水素、高級アルコールの順に層状となった膜状の分散材を構成することが可能となる。
なお、上述の理由により、樹脂材６０及び樹脂体７３は、共に疎水性又は親水性の同じ極性を有する樹脂材料からなることが好ましい。
以下に、樹脂材６０及び複数の閉空間７０の光反射体としての機能を説明する。
上述の通り、樹脂材６０は、熱硬化性のシリコーン樹脂である。すなわち、樹脂材６０は、屈折率ｎ＝約１．４～１．５５である。また、上述の通り、複数の閉空間７０の各々の内部は、気体状態である。すなわち、複数の閉空間７０の各々の内部は、屈折率ｎ＝約１．０である。すなわち、複数の閉空間７０の各々は、樹脂材６０よりも小さい屈折率を有する。
例えば、図３に示すように、発光素子２０又は波長変換体４０から樹脂材６０に入光しかつ、樹脂材６０から複数の閉空間７０の各々の界面に対して低い角度で入射する放射光ＬＭ１は、樹脂材６０と複数の閉空間７０との屈折率差によって全反射される。全反射された放射光ＬＭ１は、再び波長変換体４０の方向へ戻される。
また、発光素子２０又は波長変換体４０から樹脂材６０に入光しかつ、樹脂材６０から複数の閉空間７０の各々の界面に対して高い角度で入射する放射光ＬＭ２は、複数の閉空間７０によって散乱される。
具体的には、上述の通り、発光素子２０は、窒化物半導体から青色光の放射する青色ＬＥＤである。すなわち、発光素子２０は、波長λ＝約４６０～５００ｎｍの波長の青色光を放射する発光素子である。また、波長変換体４０は、ＹＡＧ：Ｃｅの蛍光体を含む波長変換体である。すなわち、波長変換体４０は、発光素子２０から放射する光を吸光し、波長λ＝約５００～７００ｎｍの波長の光を傾向として放射する波長変換体である。また、複数の閉空間７０の各々は、例えば、約２００ｎｍ～３００ｎｍの平均径を有する。すなわち、放射光ＬＭ２は、複数の閉空間７０によってミー散乱され、その散乱光は再び波長変換体４０の方向へ戻される。
従って、樹脂材６０及び複数の閉空間７０は、上述の通り、樹脂材６０と複数の閉空間７０の各々との界面における全反射及び複数の閉空間７０によるミー散乱によって、光反射体として機能する。
このように、本実施例１においては、樹脂の内部に酸化チタン等の光触媒効果を有する反射粒子を用いない光反射体として複数の閉空間７０を有する樹脂材６０を選択することが可能である。これにより、発光装置１００を長期的に駆動した際の樹脂材６０の黄変、クラック及び解重合による樹脂減り等の劣化を抑制することができる。
また、本実施例１においては、樹脂の内部に金属粒子等の反射粒子を用いない光反射体として複数の閉空間７０を有する樹脂材６０を選択することが可能である。これにより、樹脂材６０の加熱硬化後の弾性率の低下を抑制することができ、樹脂材６０のクラック及び基板１０、発光素子２０又は波長変換体４０との剥離等の発生を抑制することができる。
よって、発光装置１００は、光反射性の樹脂材の劣化を抑制し長期信頼性を向上することが可能となる。
次に、図４～図６を用いて、発光装置１００の製造手順の一例について説明する。
図４は、本発明の実施例１に係る発光装置１００の製造フローを示す図である。また、図５及び図６は、図４に示す製造手順における樹脂材６０内の樹脂体７３の拡大図を示す。
まず、図１及び図２に示すように、基板１０に発光素子２０を接合する（ステップＳ１１：素子接合工程）。本ステップにおいては、平板部１１及び枠体部１３からなるキャビティを有し、かつ第１の配線１５及び第２の配線１７が形成された基板１０を用意する。また、第１の内部配線１５Ｉの上面上に、ＡｕＳｎペーストを充填したディスペンサを用いてＡｕＳｎペーストを塗布する。また、発光素子２０を、発光素子２０の下面に設けられたカソード電極（図示せず）とＡｕＳｎペーストとが接するように第１の内部配線１５Ｉの上面上に載置する。
この状態の基板１０を、例えば、窒素雰囲気中で３００℃まで過熱しＡｕＳｎペースト内のＡｕＳｎ合金粒子を溶融させた後冷却する。これにより、発光素子２０と第１の内部配線１５Ｉとが固着される。また、発光素子２０と第１の内部配線１５Ｉとは、ＡｕＳｎ合金により共晶接合され且つ、電気的に接続される。
なお、発光素子２０の固定される位置及び配向は、溶融したＡｕＳｎ合金の表面張力によってセルフアライメントがなされる。具体的には、加熱溶融したＡｕＳｎ合金と発光素子２０との間において、溶融したＡｕＳｎ合金の界面エネルギーが最小となる表面張力によって発光素子２０がセルフアライメントされる。
なお、発光素子２０の接合は、これに限定されず、フラックスを含まないＡｕＳｎバンプ、ＡｕＳｎシート又は各々の素子の下面に予め形成されたＡｕＳｎ蒸着層を原料とした導電性の接着剤を用いてもよい。また、銀ペースト又ははんだ等の導電性の接着剤を用いてもよい。
次に、図１及び図２に示すように、発光素子２０の電極パッド２５と第２の内部配線１７Ｉとを接続するようにボンディングワイヤＢＷをボンディングする（ステップＳ１２：ワイヤボンディング工程）。本ステップにおいては、発光素子２０が接合された基板１０をワイヤボンディング装置セットし、Ａｕワイヤ等のボンディングワイヤＢＷを発光素子２０の電極パッド２５と第２の内部配線１７Ｉとに亘ってボンディングする。これにより、ボンディングワイヤＢＷを介して、発光素子２０のアノード電極と第２の配線１７とを電気的に接続する。
次に、図１及び図２に示すように、発光素子２０の半導体層上に接着層５０を介して波長変換体４０を接合する（ステップＳ１３：波長変換体接合工程）。本ステップにおいては、発光素子２０の半導体層上に接着層５０の原料となるペーストを充填したディスペンサを用いて当該ペーストを塗布する。その後、波長変換体４０を当該ペーストと波長変換体４０の下面とが接するように半導体層上に載置する。なお、波長変換体４０を半導体層を覆うような位置に位置合わせして載置する。この状態の基板１０を加熱して接着層５０の原料を硬化させ、発光素子２０と波長変換体４０とを接合する。
次に、樹脂材６０の前駆体６０Ｍに樹脂体７３を分散させる分散工程を行う（ステップＳ１４：分散工程）。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、高級アルコールを含む分散材を有する樹脂体７３を透光性の熱硬化性樹脂からなる樹脂材６０の前駆体６０Ｍに分散する分散工程を含む。
本ステップにおいては、まず、熱硬化性のシリコーン樹脂からなる樹脂材６０の原料樹脂としての前駆体６０Ｍ及び前駆体６０Ｍの熱硬化温度よりも低い温度で気化する高級アルコールを含む被膜としての分散材で覆われた樹脂体７３を用意する。前駆体６０Ｍ及び分散材で覆われた樹脂体７３を、例えば、混錬機を用いて混合し、前駆体６０Ｍに分散材で覆われた樹脂体７３を分散させる。なお、本ステップの順序はこれに限定されず、ステップＳ１３以前になされていてもよいし、並行してなされていてもよい。
次に、図２に示すように、分散材で覆われた樹脂体７３が分散された前駆体６０Ｍを基板１０のキャビティ内に充填する樹脂材配置工程を行う（ステップＳ１５：樹脂充填工程）。本ステップでは、当該前駆体６０Ｍを充填したディスペンサを用いて平板部１１及び枠体部１３からなるキャビティ内に注入し、発光素子２０及び波長変換体４０の側面を覆うように充填する。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、樹脂材６０の前駆体６０Ｍを基板１０上の発光素子２０の周囲に配置する樹脂材配置工程を含む。
次に、キャビティに前駆体６０Ｍが充填された基板１０を加熱し、前駆体６０Ｍを加熱硬化させて樹脂材６０を形成すると共に複数の閉空間７０を形成する加熱処理工程を行う（ステップＳ１６：樹脂硬化工程）。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、樹脂材６０の前駆体６０Ｍを加熱硬化させると共に、分散材７３Ｄに含まれる高級アルコールを気化させて樹脂材６０内に閉空間７０を形成する加熱処理工程を含む。
図５及び図６を用いて、樹脂材６０内に複数の閉空間７０を形成する手法を詳細に説明する。
図５は、ステップＳ１５の前駆体６０Ｍを基板１０のキャビティ内に充填した時点における樹脂体７３の拡大断面図である。また、図６は、ステップＳ１６の前駆体６０Ｍを加熱硬化する最中の樹脂体７３の拡大断面図である。
図５に示すように、樹脂体７３を樹脂材６０の前駆体６０Ｍに分散した時点において、樹脂体７３は、高級アルコールを含む分散材７３Ｄに覆われている。ステップＳ１５において、この状態の前駆体６０Ｍが基板１０のキャビティ内に充填される。
次に、ステップＳ１６において、樹脂材６０、樹脂体７３及び分散材７３Ｄが加熱される。上述の通り、分散材７３Ｄに含まれる高級アルコールは、前駆体６０Ｍの熱硬化温度よりも低い温度で気化する。これにより、図６に示すように、分散材７３Ｄに含まれる高級アルコールが気化し、その気化した際に増大した圧力によって前駆体６０Ｍが押し広げられ、気体状態の高級アルコールを含む空間である複数の閉空間７０が形成される。また、複数の閉空間７０が形成された前駆体６０Ｍは、この状態のままさらに加熱されて熱硬化し、複数の閉空間７０が形成されたまま樹脂材６０となる。
なお、分散材７３Ｄは、ステップＳ１６の処理後、すなわち樹脂材６０が冷却された際に一部液体状態に戻って複数の閉空間７０の各々の内部に残留されていてもよい。
以上のステップＳ１１～Ｓ１６の工程を処理することにより、発光装置１００を製造する。
本実施例１によれば、高級アルコールを含む分散材７３Ｄに覆われた樹脂体７３を樹脂材６０の前駆体６０Ｍに分散させてこれを加熱することにより、複数の閉空間７０を有する樹脂材６０からなる光反射体を形成することが可能となる。
このように、本実施例１においては、樹脂の内部に酸化チタン等の光触媒効果を有する反射粒子を用いない光反射体として複数の閉空間７０を有する樹脂材６０を選択することが可能である。これにより、発光装置１００を長期的に駆動した際の樹脂材６０の黄変、クラック及び解重合による樹脂減り等の劣化を抑制することができる。
また、本実施例１においては、樹脂の内部に金属粒子等の反射粒子を用いない光反射体として複数の閉空間７０を有する樹脂材６０を選択することが可能である。これにより、樹脂材６０の加熱硬化後の弾性率の低下を抑制することができ、樹脂材６０のクラック及び支持体等との剥離等の発生を抑制することができる。
よって、発光装置１００は、光反射性の樹脂材の劣化を抑制し長期信頼性を向上することが可能となる。
実施例１においては、樹脂体７３の分散材に含まれる高級アルコールを気化させることによって複数の閉空間７０を形成する場合について説明した。しかし、複数の閉空間７０の形成方法はこれに限定されない。
図７は、実施例２に係る発光装置１００Ａの樹脂材６０及び複数の閉空間８０の一部を拡大した断面拡大図である。
発光装置１００Ａは、実施例１の発光装置１００と基本的に同様の構成である。発光装置１００Ａは、複数の閉空間８０に内在する樹脂体８３が熱膨張性粒子とする点について発光装置１００と異なる。言い換えれば、樹脂体８３は、熱膨張性粒子である。
樹脂材６０の内部には、複数の閉空間８０が分散して形成されている。また、複数の閉空間８０の各々の内部には、閉空間８０の各々の径よりも小さい外形を有する樹脂体８３が内在している。
樹脂体８３は、例えば、樹脂材６０の前駆体６０Ｍが熱硬化する温度よりも低い沸点を有する低分子量炭化水素を含むコア材８３Ｃ及び当該コア材８３Ｃを覆うシェル材としての樹脂体８３からなる熱膨張性マイクロカプセルを材料としている。また、各々の閉空間８０の各々の内部及び樹脂体８３の各々の内部は、前駆体６０Ｍを熱硬化させた際に気化したコア材８３Ｃである気体状態の低分子量炭化水素等の有機物を含んでいる。すなわち、樹脂体８３は、中空状の熱膨張性マイクロカプセルのシェル材である。
コア材８３Ｃは、例えば、ｎ－ペンタン及びイソペンタン等の樹脂材６０の前駆体６０Ｍが熱硬化する温度よりも低い沸点を有する低分子量炭化水素を含む。また、樹脂体８３は、コア材８３Ｃを覆うように形成されたアクロニトリル・メタクリロニトリル系共重合体からなるシェル材である。
熱膨張性マイクロカプセルは、例えば、加熱されることによって、コア材８３Ｃに含まれる低分子量炭化水素が気化する。低分子量炭化水素が気化することにより、樹脂体８３の内圧が上昇する。さらに加熱することにより、樹脂体８３のアクロニトリル・メタクリロニトリル系共重合体が軟化し、樹脂体８３はバルーン状に膨張する。その後、樹脂体８３内の気体状態の低分子量炭化水素は、膨張して厚みが薄くなった樹脂体８３を透過し、樹脂体８３の外部へ放出される。樹脂体８３は、低分子量炭化水素の放出に伴って収縮する。
以下に、図８～図１０を用いて、熱膨張性マイクロカプセルを用いて各々の閉空間８０を形成する方法について、図４に示した製造方法の説明を踏襲して説明する。なお、発光装置１００Ａの製造方法は、実施例１の発光装置１００と基本的に同様である。
図８は、ステップＳ１４の分散工程及びステップＳ１５の充填工程における熱膨張性マイクロカプセルの拡大断面図である。また、図９及び図１０は、ステップＳ１６の前駆体６０Ｍを加熱硬化する最中の熱膨張性マイクロカプセルの拡大断面図である。
ステップＳ１４の分散工程において、熱膨張性マイクロカプセルを樹脂材６０の前駆体６０Ｍに分散させる（ステップＳ１４：分散工程）。言い換えれば、発光装置１００Ａの製造方法は、熱膨張性粒子としての熱膨張性マイクロカプセルを透光性の熱硬化性樹脂からなる樹脂材６０の前駆体６０Ｍに分散する分散工程を含む。
次に、ステップＳ１５において、熱膨張性マイクロカプセルを分散させた前駆体６０Ｍを基板１０のキャビティ内に充填する（ステップＳ１５：充填工程）。
図８に示すように、ステップＳ１４の熱膨張性マイクロカプセルを樹脂材６０の前駆体６０Ｍに分散した時点において、熱膨張性マイクロカプセルの樹脂体８３は、その内部に液体状の低分子量炭化水素からなるコア材８３Ｃを含んでいる。
次に、キャビティに前駆体６０Ｍが充填された基板１０を加熱し、前駆体６０Ｍを加熱硬化させて樹脂材６０を形成すると共に複数の閉空間８０を形成する加熱処理工程を行う（ステップＳ１６：樹脂硬化工程）。言い換えれば、発光装置１００Ａの製造方法は、樹脂材６０の前駆体６０Ｍを加熱硬化させると共に、熱膨張性粒子としての熱膨張性マイクロカプセルを膨張させて樹脂材６０内に複数の閉空間８０を形成する加熱処理工程を含む。
本ステップにおいて、樹脂材６０、樹脂体８３及びコア材８３Ｃを加熱する。上述の通り、コア材８３Ｃに含まれる低分子量炭化水素は、前駆体６０Ｍの熱硬化温度よりも低い温度で気化する。これにより、図９に示すように、コア材８３Ｃに含まれる低分子量炭化水素が気化し、その気化した際に増大した圧力によって樹脂体８３が膨張し前駆体６０Ｍを押し広げる。その後、気化したコア材８３Ｃが膨張して厚みが薄くなった樹脂体８３を透過し、樹脂体８３は収縮する。すなわち、図１０に示すように、前駆体６０Ｍの内部には、各々の閉空間８０が形成される。当該各々の閉空間８０の各々の内部は、収縮した樹脂体８３を含みかつ、気体状態のコア材８３Ｃを含む。また、各々の閉空間８０が形成された前駆体６０Ｍは、この状態のままさらに加熱されて熱硬化し、各々の閉空間８０が形成されたまま樹脂材６０となる。
なお、コア材８３Ｃは、ステップＳ１６の処理後、すなわち樹脂材６０が冷却された際に一部液体状態に戻って各々の閉空間８０及び樹脂体８３の各々の内部に残留されていてもよい。
本実施例２によれば、熱膨張性マイクロカプセルを樹脂材６０の前駆体６０Ｍに分散させてこれを加熱することにより、複数の閉空間８０を有する樹脂材６０からなる光反射体を形成することが可能となる。
このように、本実施例２においては、樹脂の内部に酸化チタン等の光触媒効果を有する反射粒子を用いない光反射体として複数の閉空間８０を有する樹脂材６０を選択することが可能である。これにより、発光装置１００Ａを長期的に駆動した際の樹脂材６０の黄変、クラック及び解重合による樹脂減り等の劣化を抑制することができる。
また、本実施例２においては、樹脂の内部に金属粒子等の反射粒子を用いない光反射体として複数の閉空間８０を有する樹脂材６０を選択することが可能である。これにより、樹脂材６０の加熱硬化後の弾性率の低下を抑制することができ、樹脂材６０のクラック及び基板１０、発光素子２０又は波長変換体４０との剥離等の発生を抑制することができる。
よって、発光装置１００Ａは、光反射性の樹脂材の劣化を抑制し長期信頼性を向上することが可能となる。
なお、本実施例においては、熱膨張性粒子の一例として、熱膨張性マイクロカプセルを用いる場合について説明した。しかし、閉空間８０を形成する熱膨張性粒子は、熱膨張性マイクロカプセルに限定されず、膨張した後に収縮して閉空間８０を形成する熱膨張性粒子であればよい。例えば、前駆体６０Ｍの熱硬化温度よりも低い温度で膨張し、前駆体６０Ｍの熱硬化後の冷却時に収縮する熱膨張性粒子であればよい。その場合、発光装置１００Ａの製造方法においては、ステップＳ１６の樹脂硬化工程完了後の冷却時に熱膨張性粒子が収縮し、閉空間８０が形成される。また、その場合、閉空間８０の内部は減圧された気体状態であってもよい。閉空間８０の内部が減圧された気体状態であっても、閉空間８０の内部は屈折率ｎ＝約１．０であるため、光反射体としての機能は実施例１及び２と同様である。
実施例１及び実施例２においては、発光装置１００が発光素子２０上に設けられた接着層５０及び波長変換体４０を有する場合について説明した。しかし、本発明において、波長変換体４０及び接着層５０は、任意に設けることができる。例えば、発光素子２０から放射される光を波長変換せずに用いる場合等において、波長変換体４０及び接着層５０は発光装置１００に設けられなくてもよい。
また、実施例１及び実施例２において、樹脂材６０は、発光素子２０の側面を覆うように配置されている場合について説明した。しかし、本発明の発光装置１００において、樹脂材６０は、発光素子２０の側面に接する位置又は側方の位置にも限定されず、発光素子２０の周囲であって発光素子２０が放射する光を受光するいずれかの位置に設けられていればよい。つまり、樹脂材６０は、発光装置１００において、発光素子２０が放射する光を反射させる所望の位置に適宜設けるようにしてもよい。例えば、樹脂材６０を発光素子２０の側面の一部及び上面を覆うように配置して、側面発光型の発光装置１００を構成することもできる。
また、本発明の発光装置１００において、樹脂材６０は、発光素子２０に密着して配置されていることに限られない。例えば、樹脂材６０は、他の透光性の封止材にて覆われた発光素子２０の周囲（外側）に配置することもできる。
［応用例］
実施例１に示した複数の閉空間７０を有する樹脂材６０、及び実施例２に示した閉空間８０を有する樹脂材６０は、発光装置１００及び１００Ａの光反射体に限定されず、他の分野の光反射材料としても適用可能である。
実施例１に示した複数の閉空間７０を有する樹脂材６０、及び実施例２に示した閉空間８０を有する樹脂材６０は、発光装置１００及び１００Ａの光反射体に限定されず、他の分野の光反射材料としても適用可能である。
図１１は、上記樹脂材６０に用いたのと同様の材料を光反射材料として用いた照射装置の一例である車両用灯具２００の断面図を示す図である。
照射装置としての車両用灯具２００は、光源部３００と、導光体４００と、リフレクタ５００と、を有する。
光源部３００は、例えば、ＬＥＤ等の発光装置を備えた光源ユニットである。光源部３００は、例えば、図中Ｘ方向に直線的に配列されている。また、本応用例において、光源部３００は、下方方向（－Ｚ方向）に光を放射する光源ユニットである。
導光体４００は、例えば、アクリル等の透光性の樹脂材料からなり、光源部３００から放射された光を導光する導光体である。導光体４００は、例えば、光源部３００から射出した光が導光体４００の内部に入射する入射面４１０と及び当該導光体４００の内部に入射する光を出射する出射面４２０を有する。また、導光体４００は、例えば、略Ｌ字状の断面形状を有しており、当該略Ｌ字状の屈曲部に光反射面４３０が形成されている。光源部３００から射出された光は、導光体４００の入射面４１０から導光体４００の内部に入射し、光反射面４３０で全反射されて出射面４２０の方向へ導光される。また、出射面４２０の方向へ導光された光は、導光体４００の出射面４２０から車両用灯具２００の主配向ＬＬ１として車両用灯具２００の外部（－Ｙ方向）に出射される。
また、導光体４００は、光反射面４３０と出射面４２０との間の領域に拡散反射面４４０を有する。光反射面４３０で全反射された光の一部は、拡散反射面４４０に入射して拡散反射され、導光体４００の下面である拡散光出射面４５０からリフレクタ５００の方向へ出射される。
リフレクタ５００は、支持体５１０及び光反射材料５２０からなる光反射体である。本応用例では、リフレクタ５００の光反射材料５２０に上記実施例１及び２において用いられた閉空間を有する樹脂材６０と同様の材料を用いている。
支持体５１０は、例えば、樹脂等の材料からなり、導光体４００の拡散光出射面４５０に対向する面に、放射面型、楕円面型又は球面型の凹状の凹面を有する。また、支持体５１０の凹面上には、熱硬化性のシリコーン樹脂及び当該シリコーン樹脂に複数の閉空間が分散されて形成された光反射材料５２０が塗布されている。
光反射材料５２０は、実施例１に示した樹脂材６０、複数の閉空間７０並びに樹脂体７３からなる光反射材料及び実施例２に示した樹脂材６０、複数の閉空間８０並びに樹脂体８３からなる光反射材料である。言い換えれば、光反射材料５２０は、各々が樹脂体７３又は８３を保持する複数の閉空間７０又は８０を有する透光性の熱硬化性樹脂である樹脂材６０からなる。
導光体４００の拡散光出射面４５０から出射した光は、支持体５１０の凹面に塗布された光反射材料５２０によって主配向ＬＬ１と平行な向きに反射され、副配向ＬＬ２として車両用灯具２００の外部（－Ｙ方向）に出射される。
これにより、車両用灯具２００は、主配向ＬＬ１及び副配向ＬＬ２を含む光を所望の向きに向けて出射することが可能となる。
なお、光反射材料５２０の形成方法は、実施例１及び２にて説明した方法と同様である。具体的には、高級アルコールを含む分散材７３Ｄに覆われた樹脂体７３又は液体状の低分子量炭化水素からなるコア材８３Ｃを内包する樹脂体８３からなる熱膨張性マイクロカプセルを分散させた樹脂材６０の前駆体６０Ｍをスプレー塗装等の手法を用いて支持体５１０に塗布する。その後、この状態の支持体５１０を加熱することにより、前駆体６０Ｍを熱硬化させると共に複数の閉空間７０又は複数の閉空間８０を形成する。
実施例１に示した樹脂材６０、複数の閉空間７０並びに樹脂体７３からなる光反射材料及び実施例２に示した樹脂材６０、複数の閉空間８０並びに樹脂体８３からなる光反射材料の各々は、車両用灯具の光反射材料として適用可能である。
通常、車両用灯具のリフレクタに用いられる光反射材料は、例えば、銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）等を支持体５１０に蒸着させた金属蒸着膜である。本応用例のように樹脂材及び複数の閉空間からなる光反射材料を用いることにより、車両用灯具の製造コストを低減させることが可能となる。
また、リフレクタ５００の光反射材料に樹脂材、複数の閉空間並びに樹脂体からなる光反射材料を用いることにより、車両用灯具２００を長期的に駆動した際の樹脂材の黄変、クラック及び解重合による樹脂減り等の劣化を抑制することができる。加えて、同じく樹脂材料からなる支持体５１０の黄変、クラック及び解重合による樹脂減り等の劣化も抑制することができる。また、光反射材料の樹脂材の加熱硬化後の弾性率の低下を抑制することができ、樹脂材のクラック及び支持体等との剥離等の発生を抑制することができる。
よって、光反射材料５２０は、光反射性の樹脂材の劣化を抑制し、照射装置としての車両用灯具２００の長期信頼性を向上することが可能となる。
なお、実施例１に示した樹脂材６０、複数の閉空間７０並びに樹脂体７３からなる光反射材料及び実施例２に示した樹脂材６０、複数の閉空間８０並びに樹脂体８３からなる光反射材料の各々は、車両用灯具の応用に限定されず、さらに他の分野の光反射材料として適用可能である。具体的には、光反射材料の樹脂体に熱硬化性樹脂を用いることができ、かつ光を反射させることを必要とする分野においていずれも適用可能である。
１００ 発光装置
１０ 基板
１１ 平板部
１３ 枠体部
１５ 第１の配線
１７ 第２の配線
２０ 発光素子
２５ 電極パッド
３０ 素子接合層
４０ 波長変換体
５０ 接着層
６０ 樹脂材
７０、８０ 閉空間
７３、８３ 樹脂体
２００ 車両用灯具
３００ 光源部
４００ 導光体
４１０ 入射面
４２０ 出射面
４３０ 光反射面
４４０ 拡散反射面
５００ リフレクタ
５１０ 支持体
５２０ 光反射材料
１０ 基板
１１ 平板部
１３ 枠体部
１５ 第１の配線
１７ 第２の配線
２０ 発光素子
２５ 電極パッド
３０ 素子接合層
４０ 波長変換体
５０ 接着層
６０ 樹脂材
７０、８０ 閉空間
７３、８３ 樹脂体
２００ 車両用灯具
３００ 光源部
４００ 導光体
４１０ 入射面
４２０ 出射面
４３０ 光反射面
４４０ 拡散反射面
５００ リフレクタ
５１０ 支持体
５２０ 光反射材料
Claims (11)
- 基板と、
前記基板上に配された発光素子と、
前記発光素子の周囲に配された透光性の熱硬化性樹脂からなる樹脂材と、を含み、
前記樹脂材は、各々が樹脂体を保持する複数の閉空間を有することを特徴とする発光装置。 - 前記複数の閉空間は、内部に有機物を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記有機物は、高級アルコールであることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
- 前記有機物は、前記樹脂材の熱硬化温度よりも低い温度で気化する有機物であることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光装置。
- 前記樹脂体は、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記樹脂体は、熱膨張性粒子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
- 前記複数の閉空間の各々は、径の平均値が２００ｎｍ～３００ｎｍであることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の発光装置。
- 基板と、前記基板上に配された発光素子と、前記発光素子の上面上に配された波長変換体と、を備えた発光装置の製造方法であって、
高級アルコールを含む被膜を有する樹脂体を透光性の熱硬化性樹脂からなる樹脂材に分散する分散工程と、
前記樹脂材を前記基板上の前記発光素子の周囲に配置する樹脂材配置工程と、
前記樹脂材を加熱硬化させると共に、前記高級アルコールを気化させて前記樹脂材内に閉空間を形成する加熱処理工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。 - 基板と、前記基板上に配された発光素子と、を備えた発光装置の製造方法であって、
熱膨張性粒子を透光性の熱硬化性樹脂からなる樹脂材に分散する分散工程と、
前記樹脂材を前記基板上の前記発光素子の周囲に配置する樹脂材配置工程と、
前記樹脂材を加熱硬化させると共に、前記熱膨張性粒子を膨張させて前記樹脂材内に閉空間を形成する加熱処理工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。 - 各々が樹脂体を保持する複数の閉空間を有する透光性の熱硬化性樹脂からなることを特徴とする光反射材料。
- 光源と、
前記光源から出射する光が入射する位置に設けられた光反射材料と、を含み、
前記光反射材料は、各々が樹脂体を保持する複数の閉空間を有する透光性の熱硬化性樹脂からなることを特徴とする照射装置。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2021104046A JP2023003088A (ja) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 発光装置、発光装置の製造方法、光反射材料及び照射装置 |
| PCT/JP2022/022445 WO2022270264A1 (ja) | 2021-06-23 | 2022-06-02 | 発光装置、発光装置の製造方法、光反射材料及び照射装置 |
| EP22828182.0A EP4362116A1 (en) | 2021-06-23 | 2022-06-02 | Light-emitting device, method for manufacturing light-emitting device, light-reflecting material, and irradiation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021104046A JP2023003088A (ja) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 発光装置、発光装置の製造方法、光反射材料及び照射装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023003088A true JP2023003088A (ja) | 2023-01-11 |
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ID=84545647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021104046A Pending JP2023003088A (ja) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 発光装置、発光装置の製造方法、光反射材料及び照射装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4362116A1 (ja) |
| JP (1) | JP2023003088A (ja) |
| WO (1) | WO2022270264A1 (ja) |
Family Cites Families (5)
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2021
- 2021-06-23 JP JP2021104046A patent/JP2023003088A/ja active Pending
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- 2022-06-02 EP EP22828182.0A patent/EP4362116A1/en active Pending
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4362116A1 (en) | 2024-05-01 |
| WO2022270264A1 (ja) | 2022-12-29 |
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