JP5125748B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
一方、いわゆるフェースアップ構造のLEDランプの場合、LEDチップの実装の際にダイボンド樹脂が用いられる。即ち、ダイボンド樹脂によってLEDチップがリフレクタのキャビティ内に固定される。一般に、ダイボンド樹脂にも熱硬化性樹脂が用いられることから、LEDチップの固定の際にも加熱処理が行われることになる。
本発明に直接関連する技術ではないが、封止方法に関する改良技術を開示する文献を以下に示す。特許文献1では有機EL素子を不活性ガス雰囲気下で封止することが開示されている。他方の特許文献2はLEDランプの封止樹脂の形成方法に関し、高圧不活性ガス雰囲気下で熱硬化させて封止部(LEDチップを封止する部材)を形成することを開示する。
本発明は以上の成果に基づくものであり、以下の通りである。
樹脂製リフレクタを備えるLEDランプの製造方法であって、
樹脂製リフレクタが形成するキャビティの中に充填される熱硬化性封止樹脂の硬化工程において、不活性ガス雰囲気下、還元雰囲気下又は真空雰囲気下で加熱処理して前記熱硬化性封止樹脂を硬化させることを特徴とする製造方法。
本発明の製造方法は樹脂製リフレクタを備えるLEDランプに広く適用可能である。好ましい適用対象は、SMD(表面実装)タイプ(トップビュータイプ、サイドビュータイプなど)のLEDランプである。また、電極形成面側を上にしてLEDチップを搭載したフェースアップタイプのLEDランプに限らず、電極形成面側を下にしてLEDチップを搭載したフリップチップタイプのLEDランプにも本発明を適用可能である。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法(MOCVD法)のほか、周知の分子線結晶成長法(MBE法)、ハライド系気相成長法(HVPE法)、スパッタ法、イオンプレーティング法などによっても形成することができる。
封止樹脂に光拡散材を含有させて封止樹脂内での光の拡散を促進させ、発光ムラの減少を図ることもできる。特に上記のように蛍光体を用いる構成においては、LEDチップからの光と蛍光体からの光との混色を促進させて発光色のムラを少なくするため、光拡散材を併用することが好ましい。
LEDランプの光度向上に有効な条件を見出すべく、ダイボンド樹脂の硬化工程と封止樹脂の硬化工程に着目し、以下の試験を行った。
ダイボンド樹脂の硬化工程の条件と、封止樹脂の硬化工程の条件を表1の通りとし、図1に示す工程に従い、樹脂製リフレクタを備えるLEDランプ(図2)を製造した。試験群毎に80個のLEDランプを製造し、軸上光度を比較した。
LEDチップの構造は、以下の実施例1に使用するLEDチップと同一である。ダイボンド樹脂にはTiO2含有エポキシ系白色樹脂を使用し、封止樹脂には有機変性シリコーン樹脂を使用した。また、リフレクタの材質はナイロン系白色樹脂である。
(1)ダイボンド樹脂の硬化工程を窒素雰囲気下で実施すること、及び封止樹脂の硬化工程を窒素雰囲気下で実施することが光度の向上に有効である。
(2)最大の光度を得るためにはこれら両工程を窒素雰囲気下で実施するとよい。
この結果を踏まえると、従来の方法では、樹脂の熱硬化を大気雰囲気下で実施するため、熱酸化によりリフレクタ樹脂内にC(主鎖)=Oの結合が形成され(封止樹脂の熱硬化時においては、熱により構成分子が振動・拡散するなどし、大気中の酸素が封止樹脂を透過し、リフレクタ樹脂へ影響を与えると考えられる)、これが発色団となってリフレクタの反射率を低下させ、その結果、光度の低下が引き起こされるというメカニズムの存在が示唆されるとともに、窒素雰囲気下で熱硬化した場合には、発色団の生成が阻止され、それに伴ってリフレクタの反射率低下が抑制され、その結果として光度の向上がもたらされると推定される。
本発明の実施例のLEDランプ1の構造を図2に示す。LEDランプ1は大別してLEDチップ10、リードフレーム20、及びリフレクタ(パッケージ)30を備える。
図3に示すようにLEDチップ10はサファイア基板11上に複数の半導体層が積層された構成からなり、主発光ピーク波長を455nm付近に有する。LEDチップ10の各層のスペックは次の通りである。
層 : 組成
p型層15 : p−GaN:Mg
発光する層を含む層14 : InGaN層を含む
n型層13 : n−GaN:Si
バッファ層12 : AlN
基板11 : サファイア
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでn型層13をGaNで形成したが、AlGaN、InGaN若しくはAlInGaNを用いることができる。
また、n型層13にはn型不純物してSiをドープしたが、このほかにn型不純物として、Ge、Se、Te、C等を用いることもできる。
発光する層を含む層14は量子井戸構造(多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造)を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。
発光する層を含む層14の上にp型不純物としてMgをドープしたGaNからなるp型層15を形成する。このp型層15はAlGaN、InGaN又はInAlGaNとすることもできる、また、p型不純物としてはZn、Be、Ca、Sr、Baを用いることもできる。p型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でMOCVDを実行して形成するか、分子線結晶成長法(MBE法)、ハライド系気相成長法(HVPE法)、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。
透光性電極16は金を含む薄膜であって、p型層15の上に積層される。p電極17も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極16の上に形成される。以上の工程により各層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
尚、基板11の裏面(半導体層が形成されない側の表面)にAl、Ag、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどからなる反射層を形成してもよい。反射層を設けることにより、基板11側に向かった光を取り出し方向へと効率的に反射、変換することができ、光の取り出し効率の向上が図られる。このような反射層は形成材料の蒸着などの公知の方法で形成することができる。
リフレクタ30が形成するキャビティ内に封止樹脂31が充填されている。本実施例では封止樹脂31の材料として、YAG系黄色蛍光体を含有するシリコーン樹脂を用いた。
LEDランプ1の初期光度を従来品(ダイボンド樹脂の硬化工程(ステップ4)と封止樹脂の硬化工程(ステップ7)を大気雰囲気下で実施すること以外、同一条件で製造したLEDランプ)と比較した結果、平均1.05倍の光度を示した。
実施例1のLEDランプ(以下、「試験品」と呼ぶ)の信頼性を評価した。試験品と従来品(ダイボンド樹脂の硬化工程と封止樹脂の硬化工程を大気雰囲気下で実施したもの)を 10個ずつ用意し、通電量20mA、周囲温度85℃の条件で連続点灯させた。所定時間経過後に光度を測定し、光度変化を比較・評価した。
図5から明らかな通り、試験品は従来品よりも劣化速度が小さい傾向にある。特筆すべきことに、試験品では、従来品に認められる「光度が上昇した後に大きく低下する」という現象が大幅に抑制され、光度を長時間に亘り一定のレベルに維持できている。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
10 LEDチップ
11 サファイア基板
12 バッファ層
13 n型層
14 発光する層を含む層
15 p型層
16 透光性電極
17 p電極
18 n電極
20 リードフレーム
30 リフレクタ
31 封止樹脂
Claims (2)
- 樹脂製リフレクタを備えるLEDランプの製造方法であって、
樹脂製リフレクタが形成するキャビティの中に充填され、LEDチップを固定するための熱硬化性ダイボンド樹脂の硬化工程において、不活性ガス雰囲気下、還元雰囲気下又は真空雰囲気下で加熱処理して前記熱硬化性ダイボンド樹脂を硬化させることを特徴とする製造方法。 - 前記硬化工程が、処理槽内を減圧するステップ、該処理槽内に窒素又は希ガスを充填するステップ、及び加熱処理するステップからなる、請求項1に記載の製造方法。
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