JP4906316B2 - 発光ダイオード及び発光ダイオードの色度補正方法。 - Google Patents

Description

本発明は発光ダイオード、及び発光ダイオードの色度補正方法に関する。

近来、ブック型のコンピュータ、携帯電話機のような小型、薄型の情報機器の表示装置として、照明機構付き液晶等の受光型表示装置が用いられている。
かかる表示装置の照明手段としては発光源と光路変換部材を有する面状光源（バックライトユニット、フロントライトユニット等）が従来より知られている。このような面状光源に使用する前記発光源としては、蛍光ランプ、発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）が従来、使用されてきた。この中で近年は更なる小型化、薄型化と長寿命化を目的として、発光源としてＬＥＤを用いたものが多く使用されるようになってきている。

発光ダイオードは従来用いられていた光源に比べ、発光波長のばらつきが少ないものの、さらなる色再現性向上のため、良品と見なされる色度範囲が狭められてきている。そのため発光光色度の選別が行われ、該選別作業によって廃棄される発光ダイオードが多くなっている。

このような状況を改善するため、ＬＥＤの発光光の色度を補正して所望の色度とする種々の方法が考えられている。
その１つとして蛍光物質を含んだ被覆材をＬＥＤにかぶせ、ＬＥＤ出力光の色度を補正するという提案がある（例えば特許文献１参照）。
しかし、このような被覆材によって、ＬＥＤの寸法が厚くなってしまう、外形サイズが変わってしまうという問題があり、補正不要なＬＥＤとの差をどうするか等の問題も含め実施することが難しかった。

また照明装置の、ＬＥＤ光源を離れた照明光の経路中に蛍光物質を含んだ層を置き、該層中の蛍光物質でＬＥＤ出力光の色度を補正するという提案もある（例えば特許文献２参照）。
しかしこの提案によると照明装置の光源の問題が照明装置全体の問題となってしまうため、該光源を独立して扱うことが出来なくなってしまう点や、補正用の前記層を各種用意するために費用が大きくなってしまうという点が問題となって実現が困難であった。

さらに被覆材である樹脂の上にインクジェット法等で色印刷という提案もあったが、外気に直接触れているため、比較的短時間で印刷層が変質してしまうという問題があった。

これらの問題を解決するため、ＬＥＤ素子であるＬＥＤチップを被覆する被覆部材をＬＥＤの色度によって異る染色液により着色し、該着色された層の働きで、ＬＥＤ出力光の色度を補正するという提案もある（例えば特許文献３参照）。
この提案によればＬＥＤの外形サイズが変わってしまうという問題、光源を独立して扱うことが出来なくなってしまう問題、外気の影響等の問題はなくなり効果があった。
ところが、染色直後の色度制御は可能であったが、リフロー、通電等により封止樹脂に熱がかかると退色が起こり、目的とする色度を維持することが出来ないという問題が生じてきた。例えば１００℃を越えるリフロー雰囲気にさらされたり、発光させるための通電で１００℃前後の温度環境に長く置かれることにより、封止樹脂に高温がかかり、そのためと思われる退色が観測されている。
すなわち初期的特性は満足できるが耐熱エージング性が良くないという問題が生じている。

特開平１１−８７７８４ 特開２０００−１５６５２６ 特開２００４−８８００３

解決しようとする課題は発光ダイオード及びその色度補正方法のエージング性改善である。

本発明の発光ダイオードは、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子を被覆する被覆部材とを有する発光ダイオードにおいて、前記被覆部材が、染色液中の溶媒によって膨潤し、その表面から該被覆部材の分子間に浸透された染色液により着色されており、該染色液中に染料もしくは顔料と共に未硬化状態の樹脂成分が混在されており、前記染色液が浸透する際に前記染料もしくは顔料と共に前記未硬化状態の樹脂成分も同時に浸透させ、水もしくは染料を溶かさない有機溶媒にて洗浄を行った後に乾燥及びキュアーを行うことにより、該未硬化状態の樹脂成分が前記被覆部材中で硬化して一体化し、前記被覆部材の表面に着色層を形成しつつ、外形サイズを従来と同じに保っていることを特徴とする。

また本発明の発光ダイオードは、前記被覆部材と前記染色液中に混在された樹脂とが同種の樹脂であることを特徴とする。

本発明の発光ダイオードの色度補正方法は、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子を被覆する被覆部材とを有する発光ダイオードの色度調整方法において、前記被覆部材を染色液中の溶媒によって膨潤させ、染料もしくは顔料と共に未硬化状態の樹脂成分を混在させた染色液中で着色し、前記染色液と共に前記未硬化状態の樹脂成分も同時に浸透させる工程と、水もしくは染料を溶かさない有機溶媒にて洗浄を行う工程と、該着色された被覆部材に浸透した未硬化状態の樹脂成分を硬化して一体化する工程とからなり、前記被覆部材の表面に着色層を形成し、外形サイズを従来と同じに保つことを特徴とする。

また本発明の発光ダイオードの色度補正方法は、前記被覆部材と前記染色液中に混在された樹脂とが同種の樹脂であることを特徴とする。

本発明によれば、発光ダイオードの色度を目的とする値に補正し、その色度を保持することが出来る。また染色後に外表面を樹脂にてコーティングする方法と異なり、封止樹脂内に着色材を浸透させているため、外形サイズを従来と同じに保つことが可能である。また染色液中に混在された樹脂成分が従来の封止樹脂中で硬化して着色材を固定するため耐熱エージング性のある色度補正が可能となる。

発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子を被膜する被覆部材とを有する発光ダイオードにおいて、該被覆部材を樹脂成分を混在させた染色液中で着色した。また前記被覆部材と前記染色液中に混在された樹脂とを同種の樹脂とした。

図１は本発明によるＬＥＤを説明する断面図で、図１（ａ）が染色前のＬＥＤ、図１（ｂ）が染色後のＬＥＤを示している。
図１（ａ）において、ＬＥＤ素子であるＬＥＤチップ１２は基板１４に設けられたカソード電極１６上にダイボンドされてＬＥＤチップ１２のカソードが電気的に接続されており、ＬＥＤチップ１２のアノードはワイヤ２４によってアノード電極１８にワイヤボンドされている。カソード電極１６及びアノード電極１８は、例えば基板１４のスルーホールにより、基板１４の下面に引き回されてＬＥＤ１０の接続用電極となっている。
２２はワイヤー２４およびＬＥＤチップ１２を被覆して保護する被覆部材である。該被覆部材２２はモールド樹脂中に蛍光体２０を混練して形成している。該モールド樹脂としてはエポキシ系の樹脂やシリコーンを用いることが出来、該蛍光体はＬＥＤ１０の所望の発光色にあわせて選択される。例えば白色光を出力する場合は青色光を発するＬＥＤチップをＹＡＧ系の蛍光体を混練した樹脂でモールドしている。

図１（ａ）に示したＬＥＤから図１（ｂ）に示した本発明によるＬＥＤを得る工程を示したのが図２の工程である。
図２の工程１で図１（ａ）に示したＬＥＤ１０は、所望の色度範囲に入っており染色の必要のないもの、染色によって色度補正の必要なものに分類される。色度補正の必要なものは特許文献３の−００２５−以下に詳細に述べられているようにさらに色度によって細かく分類される。
次に図２の工程２で、該分類結果に従って染色液を選択する。染色液中の染料もしくは顔料は該分類結果によって選択されるが、例えば染料については特許文献３の−００２７−以下に詳細に述べられている。
染色液中は溶媒が主成分となっており、該溶媒としてはアルコール類ならばエタノール、メタノール、ＩＰＡ等が、ケトン類ならばアセトン、ＭＥＫ等を用い得る。

本発明においては該染色液の中に、さらに未硬化状態の樹脂成分を混在させたことを特徴としている。染色液をこのように構成したことにより、封止樹脂である被覆部材２２に染色液が浸透する際、染料と共に樹脂も浸透する。
該染色液中に混在させる樹脂はモールド樹脂であるＬＥＤの被覆部材２２と同種の樹脂とすることが好ましい。例えば被覆部材２２がエポキシならばエポキシに、シリコーンならばシリコーンとすることが硬化した際の密着力を高める意味で好ましい。
また被覆部材２２がシリーコンの場合は分子間の距離が大きくなるため、着色剤として顔料も用い得る。

次に図２の工程３で、選択した染色液でＬＥＤを染色する。
該染色は染色液中の溶媒によって封止樹脂を膨潤させ、封止樹脂の分子間に染色液を浸透させることによって行う。
次に図２の工程４で洗浄を行う。該洗浄は水もしくは染料を溶かさない有機溶媒にて行い、製品表面、端子等に付着した樹脂成分の除去および染色溶媒の置換を行う。この工程でＬＥＤの表面状態を染色前と同様にすることが出来る。
なお洗浄剤は、例えば染色材中の溶媒がケトンであった場合はアルコール類、染色材中の溶媒がアルコールであった場合は水とするように、前記染色材中の溶媒よりも洗浄力が１ランク下のなじみやすいものとすることが望ましい。
このように洗浄するので、染色による色度補正を行ったＬＥＤと、染色を行う必要の無かったＬＥＤとの表面状態をほぼ同一にすることが出来る。
次に図２の工程５で乾燥及びキュアーを行う。
この工程で染料もしくは顔料の着色剤と共に浸透した樹脂成分が従来の封止樹脂中で硬化し、着色剤を固定しつつ同種の樹脂である被覆部材２２と一体化している。

図１（ｂ）に示したＬＥＤ１０は本発明によるＬＥＤの完成後の断面を示したもので、被覆部材２２の表面に近い一部が染色液により着色された着色層２６となっている。該着色層２６内では染色液中に混在されていた樹脂が着色剤を固定しつつ硬化している。
そのため耐熱エージング性の良いＬＥＤとすることが出来た。

ここで注目すべきは、従来は図２の工程１で色度補正が必要と分類されたＬＥＤは規格外品として良品扱いできなかった点である。
従来の手法によれば外形寸法が変わってしまったり、色度のエージング性が悪く使用が難しかったが、本発明によれば色度補正して良品と出来るＬＥＤ及びＬＥＤの色度補正方法が実現できた。

なお本発明で用いた手法は樹脂封止タイプのすべてのＬＥＤに応用可能である。
また、本明細書ではＬＥＤを完成後色度を測定する方法を述べたが、例えばＬＥＤチップ製造段階で発光色度の変動が測定された場合は、あらかじめ補正用の染色液を用意することも可能になる。
さらに、染色液中の樹脂成分に、公知の、紫外線除去特性を持った樹脂を混在させることも可能で、そのようにすれば耐熱性に加え耐光性も向上させることが出来る。
さらにまた、染色後に荒れた封止樹脂表面のコーティングをしたり、該コーティング材を紫外線除去特性を持った材料とすることも効果がある。

本発明によるＬＥＤを説明する断面図である。 本発明によるＬＥＤを得る工程を示した図である。

符号の説明

１２ 発光ダイオード素子
２２ 被覆部材
１０ 発光ダイオード

Claims (4)

1. 発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子を被覆する被覆部材とを有する発光ダイオードにおいて、
   前記被覆部材が、染色液中の溶媒によって膨潤し、その表面から該被覆部材の分子間に浸透された染色液により着色されており、
   該染色液中に染料もしくは顔料と共に未硬化状態の樹脂成分が混在されており、前記染色液が浸透する際に前記染料もしくは顔料と共に前記未硬化状態の樹脂成分も同時に浸透させ、
   水もしくは染料を溶かさない有機溶媒にて洗浄を行った後に乾燥及びキュアーを行うことにより、該未硬化状態の樹脂成分が前記被覆部材中で硬化して一体化し、前記被覆部材の表面に着色層を形成しつつ、外形サイズを従来と同じに保っていることを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記被覆部材と前記染色液中に混在された樹脂とは同種の樹脂であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
3. 発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子を被覆する被覆部材とを有する発光ダイオードの色度調整方法において、
   前記被覆部材を染色液中の溶媒によって膨潤させ、染料もしくは顔料と共に未硬化状態の樹脂成分を混在させた染色液中で着色し、前記染色液と共に前記未硬化状態の樹脂成分も同時に浸透させる工程と、
   水もしくは染料を溶かさない有機溶媒にて洗浄を行う工程と、
   該着色された被覆部材に浸透した未硬化状態の樹脂成分を硬化して一体化する工程とからなり、前記被覆部材の表面に着色層を形成し、外形サイズを従来と同じに保つことを特徴とする発光ダイオードの色度補正方法。
4. 前記被覆部材と前記染色液中に混在された樹脂とは同種の樹脂であることを特徴とする請求項３記載の発光ダイオードの色度補正方法。
   

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