JP5223116B2

JP5223116B2 - 発光装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP5223116B2
Application number: JP2009074879A
Authority: JP
Inventors: 正賢古関; 永樹河野; あや川岡
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP2010232203A

Description

本発明は発光装置の改良に関する。

ＬＥＤランプの光取り出し効率を向上するために様々な検討がなされている。特許文献１には、ＬＥＤチップが設置される凹部に充填される封止部材を、ＬＥＤチップ周囲の凹部底面上に設けられる光拡散層と、その他の凹部内に充填される光透過性封止層とからなる２層構造とする構成が開示されている。特許文献１の構成では、当該凹部底面付近での反射率を高めて光り取り出し効率を向上している。特許文献２には、ＬＥＤチップ周囲の凹部底面の他、凹部内側の表面に高い反射率を有する樹脂層を設けて光り取り出し効率の向上を図っている。

特開平１１−２８４２３４号公報特開２００８−６０３４４号公報

通常、ＬＥＤチップの封止部材としてガスバリア性の高いエポキシ樹脂系部材が使用される。ところが、エポキシ樹脂系の封止部材はＬＥＤチップの熱により変色して光り取り出し効率を低下させる恐れがある。発熱量の多い高輝度ＬＥＤチップを使用する場合は光取り出し効率の低下が顕著となる。特許文献１及び２に開示の構成では、エポキシ樹脂系の封止部材の変色に起因する光取り出し効率の低下を防ぐことはできない。そこで、エポキシ樹脂系の封止部材に替えて、ＬＥＤチップの熱で変色しないシリコーン樹脂系の封止部材を使用することが考えられる。しかし、シリコーン樹脂系の封止部材はエポキシ樹脂系の封止部材に比べてガスバリア性が低いため、金属リードやＬＥＤチップを囲繞するリフレクタ表面が外気に触れることとなる。これにより、金属リードの表面が変色して光取り出し効率が低下する。特に、金属リードの表面に銀メッキが施されている場合には当該反射率の低下が顕著となる。
そこで、本発明は、光取り出し効率が向上されるとともに、光取り出し効率の低下が防止される発光装置の構成または製造方法を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明は次の構成からなる。即ち、
ケースの凹部底面に表出する金属リードに搭載されたＬＥＤチップと、
前記金属リードを被覆し、かつ前記ＬＥＤチップが表出するように設けられ、光拡散材が分散されてなる第１の封止層と、
前記第１の封止層の上に設けられる第２の封止層と、
を備える発光装置であって、
前記第１の封止層は第１の硬さを有し、前記第２の封止層は第２の硬さを有し、該第１の硬さは該第２の硬さよりも硬い、ことを特徴とする発光装置である。

本発明の発光装置では、第１の封止層は第２の封止層よりも硬いため、第１の封止層は第２の封止層よりも高いガスバリア性を有する。これにより、金属リードの変色が防止され、光取り出し効率が向上する。さらに、第１の封止層には光拡散材が分散されているため、金属リードが変色した場合にも、当該光拡散材によりＬＥＤチップの光を反射して取り出せるため、光取り出し効率の低下が防止される。

発光装置１の斜視図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。発光装置１の製造方法の工程を示すフロー図である。

本発明の発光装置は、ケースの凹部底面に表出する金属リードにＬＥＤチップが搭載される。発光装置は、フェイスアップ型ＳＭＤやフリップチップ型ＳＭＤなどのトップビュー型のＬＥＤランプの他、サイドビュー型、砲弾タイプ型、ＣＯＢ型など各種のＬＥＤランプパッケージを採用できる。金属リードには銀メッキを施すことが好ましい。光の取り出し効率が向上するからである。ケースの凹部表面に反射性をもたせることが好ましい。例えば、白色樹脂からなるケースとして、当該凹部の表面を白色の反射面とすることができる。これにより光の取り出し効率を向上できる。

本発明の発光装置は、金属リードを被覆し、かつＬＥＤチップが表出するように設けられ、光拡散材が分散されてなる第１の封止層を備える。第１の封止層の基材は、シリコーン樹脂であることが好ましい。ＬＥＤチップの発する熱によって変色しないため、当該熱により透明性が低下しないからである。光拡散材は熱、光により変色しないものが好ましい。光分散材としては、例えば、シリカ、シリコーン、ガラスビーズ、ガラス繊維などの透明フィラーや、酸化チタン、チタン酸カリウムなどの白色フィラーをあげることができる。中でも耐熱性、耐光性及び反射率の観点から酸化チタン、チタン酸カリウムが好ましい。フィラーの形状は特に限定されず、破砕状、りんぺん状、棒状、繊維状などとすることができる。

本発明の発光装置は、第１の封止層の上に第２の封止層を備える。第２の封止層は、シリコーン樹脂からなることが好ましい。第１の封止層と同様に、ＬＥＤチップの発する熱によって変色しないため、当該熱により透明性が低下しないからである。第２の封止層は第１の封止層よりも柔らかい。第１の封止層の硬さを第１の硬さとし、第２の封止層の硬さを第２の硬さとするとき、例えば、第１の硬さはＳｈｏｒｅＤ３０以上、好ましくはＳｈｏｒｅＤ３０〜５０、より好ましくはＳｈｏｒｅＤ３０〜４０とし、第２の硬さはＳｈｏｒｅＡ３０〜８０、好ましくはＳｈｏｒｅＡ４０〜７０、より好ましくはＳｈｏｒｅＡ４０〜６０である。このように、第１の封止層は第２の封止層よりも硬いため、第１の封止層は第２の封止層よりも高いガスバリア性を有する。これにより、金属リードが変色することが防止され、反射率の低下を防止できる。また、第１の封止層はレジン型のシリコーン樹脂へ光拡散材を分散させてなり、第２の封止層はエラストマ型のシリコーン樹脂からなることが好ましい。レジン型のシリコーン樹脂はエラストマ型のシリコーン樹脂よりも硬く、ガスバリア性が高いからである。また、第１の封止層と第２の封止層がともにシリコーン樹脂からなるため、両者の接着性が高く、剥離が防止されて信頼性が高い。

本発明の他の局面は、発光装置の製造方法であって、以下のとおりである。すなわち、ケースの凹部底面に表出された金属リードへＬＥＤチップを搭載するＬＥＤチップ搭載ステップと、金属リードを被覆し、かつＬＥＤチップが表出するように第１の封止層を形成する第１の封止層形成ステップと、第１の封止層の上に第２の封止層を形成する第２の封止層形成ステップと、を含む発光装置の製造方法であって、第１の封止層はレジン型シリコーン樹脂へ光拡散材を分散させてなる第１の封止部材からなり、第２の封止層はエラストマ型シリコーン樹脂からなる第２の封止部材からなる、ことを特徴とする発光装置の製造方法である。当該製造方法によれば、レジン型シリコーン樹脂からなる第１の封止層と、エラストマ型シリコーン樹脂からなり、第１の封止層の上に形成される第２の封止層とでＬＥＤチップが封止される。

第２の封止層形成ステップにおいて第１の封止層及び第２の封止層は未硬化状態であり、第２の封止層形成ステップの後に、第１の封止層及び第２の封止層を同時に硬化する硬化ステップをさらに含むことが好ましい。第１の封止層及び第２の封止層を同時に硬化することにより、製造工程を簡略化することができる。硬化方法は、熱硬化、紫外線硬化、光硬化など使用する封止層の材料にあわせて適宜決定される。

第１の封止層及び第２の封止層が未硬化の状態において、第１の封止層の粘度は第２の封止層の粘度よりも大きいことが好ましい。第２の封止層形成ステップ又は硬化ステップにおいて、第１の封止層と第２の封止層の混合及び相互拡散が防止されるからである。

第２の封止層には蛍光材が分散され、第２の封止層における蛍光材の重量比が、第１の封止層における光拡散材の重量比より小さいことが好ましい。上層となる第２の封止層が下層となる第１の封止層よりも比重が小さくなるため、第２の封止層形成ステップ又は硬化ステップにおいて、第１の封止層と第２の封止層の混合及び相互拡散が防止されるからである。
以下、本発明の実施の形態につき、図例を参照しながら説明をする。

本発明の実施例である発光装置１の斜視図を図１に示す。発光装置１は表面実装型のＬＥＤランプであって、ＬＥＤチップ１０、ケース２０、金属リード３０を備える。図１におけるＡ−Ａ線断面図を図２に示す。ケース２０はナイロン製の樹脂ケースであって、図１及び２に示すように部分円錐状の凹部２１を備え、金属リード３０ともにインサート成形されてなる。金属リード３０はその一部が凹部２１の底面に表出しており、当該表出領域には銀メッキが施されている。また、金属リード３０の表出領域にはＬＥＤチップ１０が実装される。ＬＥＤチップ１０はフェイスアップ型のＬＥＤチップであって、ボンディングワイヤ１１で金属リード３０と電気的に接続される。
ＬＥＤチップ１０は封止部材４０によって封止される。封止部材４０は第１の封止層４１と、第２の封止層４２とからなる。第１の封止層４１はレジン型のシリコーン樹脂からなり、その硬度はＳｈｏｒｅＤ３０である。さらに、第１の封止層４１には、１０重量％の酸化チタン製の白色フィラーが分散されている。一方、第２の封止層４２はエラストマ型のシリコーン樹脂からなり、その硬度はＳｈｏｒｅＡ４０である。図２に示すように、第１の封止層４１は金属リード３０の表出領域とＬＥＤチップ１０実装領域を除く凹部２１の表面の略全域を覆うように設けられている。ただし、凹部２１の底部２１ａにおける第１の封止層４１の厚さは、ＬＥＤチップ１０の高さよりも小さく、ＬＥＤチップ１０の上面（凹部２１の開口側の面）には第１の封止層４１は形成されていない。第２の封止層４２は第１の封止層４１の上及びＬＥＤチップ１０の上に形成されて、凹部２１を充填している。なお、第２の封止層４２には１０重量％の蛍光材が含有されている。

次に、実施例の発光装置１と封止樹脂が異なる比較例を用い、比較実験を行った。比較例１の封止部材はレジン型のシリコーン樹脂からなる一層構造であって、その硬度はＳｈｏｒｅＤ３０である。比較例２の封止部材はエポキシ樹脂からなる一層構造であって、その硬度はＳｈｏｒｅＤ８０である。なお、比較例１、２の封止部材には１０重量％の蛍光材がそれぞれ分散されている。
比較実験の実験条件は以下の通りである。まず、比較実験１は、１０００時間の高温通電後の光度維持率を測定する。当該光度維持率が８０％以上のものを○とし、８０％未満のものを×とする。比較実験２は、雰囲気温度を−４０℃から１００℃への温度変化させて再度−４０℃に戻すことを一サイクルとして、当該温度サイクルを１０００回実施した後の点灯状態について、不点灯のものがないもの○とし、不点灯のものがあるもの×とする。なお、比較実験１、２はともに２０個の発光装置を対象に行った。実施例及び比較例１、２の封止樹脂の種類と比較実験の結果を表１に示す。

比較実験１の結果によれば、表１に示すように、比較例１では光度が維持されたが、比較例２では光度の低下が著しかった。これは高温通電により、エポキシ樹脂からなる封止部材が変色し、光取り出し効率が低下したことが原因と考えられる。比較実験２の結果によれば、表１に示すように、比較例２では不点灯のものは発生しなかったが、比較例１では不点灯のものは発生した。これは、ボンディングワイヤに断線が生じて不点灯となったものである。この結果から、レジン型のシリコーン樹脂からなる一層構造の封止部材では、装置の信頼性が低いことがわかった。一方、実施例の発光装置１では、比較実験１において光度が維持されるとともに、比較実験２において不点灯となるものは発生しなかった。すなわち、実施例の発光装置１は、光取り出し効率の低下が防止されるとともに、信頼性の高い発光装置であることが確認できた。
さらに、実施例の発光装置１によれば、表１に示すように、第１の封止層４１は第２の封止層４２よりも硬度が高いため、第１の封止層４１は第２の封止層４２よりも高いガスバリア性を有する。これにより、銀メッキが施された金属リード３０の変色が防止され、光取り出し効率の低下が防止される。さらに、第１の封止層４１には光拡散材である白色フィラーが分散されているため、金属リード３０が変色した場合にも、当該白色フィラーによりＬＥＤチップ１０の光を反射して取り出せるため、光取り出し効率の低下がより一層防止される。加えて、第１の封止層４１はナイロン製のケース２０の凹部２１の内側面の略全域を覆っているため、当該凹部２１の内側面の変色も防止され、光取り出し効率の低下が一層防止される。また、封止部材４０は、第１の封止層４１と第２の封止層４２とからなる二層構造であるが、第１の封止層４１と第２の封止層４２はともにシリコーン樹脂からなるため、その接着性が高く、剥離などが生じにくい。

本発明の実施例である発光装置１の製造方法の工程を示すフロー図を図３に示し、当該製造方法を以下に説明する。図３に示すように、まず、ケース２０の凹部２１底面２１ａに表出された金属リード３０へＬＥＤチップ１０を搭載する（ＬＥＤチップ搭載ステップＳ１）。次に、金属リード３０及び凹部２１の内側面を被覆し、かつＬＥＤチップ１０の上面が表出するように、レジン型シリコーン樹脂へ白色フィラーを分散させてなる第１の封止層４１を形成する（第１の封止層形成ステップＳ２）。第１の封止層４１はポッティングにより形成する。なお、第１の封止層形成ステップＳ２において第１の封止層４１は未硬化状態のままである。次に第１の封止層４１の上にエラストマ型シリコーン樹脂からなる第２の封止層４２を形成する（第２の封止層形成ステップＳ３）。第２の封止層４２はポッティングにより形成する。なお、第２の封止層形成ステップＳ３において第１の封止層４１及び第１の封止層４２は未硬化状態のままである。そして、未硬化状態第１の封止層４１及び第２の封止層４２を同時に硬化する（硬化ステップＳ４）。当該硬化ステップＳ４における効果条件は、１５０℃、１時間である。

未硬化状態において、第１の封止層４１は第２の封止層４２に対して、その粘度及び／又は比重が大きい。これにより、硬化ステップＳ４において、第１の封止層４１と第２の封止層４２のマイグレーション（拡散混合）が防止され、第１の封止層４１が金属リード３０の表出領域とＬＥＤチップ１０実装領域を除く凹部２１の表面の略全域を良好に覆うことができる。これにより、光取り出し効率の低下が防止される。なお、本実施例では、白色フィラーを分散させてなる第１の封止層４１を使用して当該製造方法により発光装置１を製造したが、白色フィラーを含まない第１の封止層を形成する場合にも、当該製造方法を適用することができる。この場合においても第１の封止層と第２の封止層のマイグレーション（拡散混合）が防止され、第１の封止層と第２の封止層を良好に形成することができる。

本実施の発光装置１では第１の封止層４１は１０重量％の白色フィラーを含み、第２の封止層４２は蛍光材を、第１の封止層４１における白色フィラーの含有量と同じ１０重量％含むこととしたが、第２の封止層４２における蛍光材の重量比を、第１の封止層４１における白色フィラーの重量比よりも小さくしてもよい。これにより、下層となる第１の封止層４１の比重よりも上層となる第２の封止層４２の比重が小さくできるため、第２の封止層形成ステップＳ３及び硬化ステップＳ４において、第１の封止層と第２の封止層のマイグレーションが防止できる。

本発明の発光装置は、様々な装置の光源として利用することができる。

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
２０ケース
２１凹部
３０金属リード
４０封止部材
４１第１の封止層
４２第２の封止層

Claims

ケースの凹部底面に表出する金属リードに搭載されたＬＥＤチップと、
前記金属リードを被覆し、かつ前記ＬＥＤチップが表出するように設けられ、白色フィラーが分散されてなる第１の封止層と、
前記第１の封止層の上に設けられる第２の封止層と、
を備える発光装置であって、
前記第１の封止層は第１の硬さを有し、前記第２の封止層は第２の硬さを有し、該第１の硬さは該第２の硬さよりも硬く、前記第１の封止層はレジン型のシリコーン樹脂からなり、前記第２の封止層はエラストマ型のシリコーン樹脂からなる、ことを特徴とする発光装置。
前記第１の封止層は、前記ケースの凹部の表面の実質的に全域を被覆する、請求項１に記載の発光装置。
ケースの凹部底面に表出された金属リードへＬＥＤチップを搭載するＬＥＤチップ搭載ステップと、
前記金属リードを被覆し、かつＬＥＤチップが表出するように第１の封止層を形成する第１の封止層形成ステップと、
前記第１の封止層の上に第２の封止層を形成する第２の封止層形成ステップと、
を含む発光装置の製造方法であって、
前記第１の封止層はレジン型シリコーン樹脂へ白色フィラーを分散させてなる第１の封止部材からなり、前記第２の封止層はエラストマ型シリコーン樹脂からなる第２の封止部材からなる、ことを特徴とする発光装置の製造方法。
前記第２の封止層形成ステップにおいて、前記第１の封止層及び前記第２の封止層は未硬化状態であり、前記第２の封止層形成ステップの後に、前記第１の封止層及び前記第２の封止層を同時に硬化する硬化ステップをさらに含む、請求項３に記載の製造方法。
前記第１の封止層及び前記第２の封止層が未硬化の状態において、前記第１の封止層の粘度は前記第２の封止層の粘度よりも大きい、請求項３又は４に記載の製造方法。
前記第２の封止層には蛍光材が分散され、前記第２の封止層における該蛍光材の重量比が、前記第１の封止層における白色フィラーの重量比より小さい、請求項３〜５のいずれか一項に記載の製造方法。