JP5239941B2

JP5239941B2 - 発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP5239941B2
Application number: JP2009044243A
Authority: JP
Inventors: 優輝伊藤
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2010199400A

Description

本発明は、発光素子を封止する封止材に蛍光体が含有される発光装置の製造方法に関する。

この種の発光装置の製造方法としては、蛍光体を望ましい状態に分散してＬＥＤランプを形成する方法であって、該方法は、粘度を温度に応じて制御することができる硬化していないポリマー樹脂に複数の蛍光体粒子を混合し、該樹脂内に前記蛍光体粒子の実質的に均一な懸濁物を形成するステップと、ＬＥＤチップに隣接する画定されている位置に前記硬化していない樹脂を配置するステップと、前記樹脂が不適当に急速に硬化することになる温度よりも低い範囲で、前記樹脂の前記温度を上昇させていき、それに応じて該樹脂の粘度を減少させるステップと、前記蛍光体粒子を、前記粘度が減少した樹脂内で、前記ＬＥＤチップに対する所望の位置に沈降させるステップと、その後、前記樹脂の前記温度を、該樹脂が硬化し、固体になる温度まで上昇させるステップと、を含む、方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３０３３３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発光装置の製造方法では、液状の封止材に予め蛍光体を分散させておくので、蛍光体が自重により封止材内を移動し、封止前の封止材にて蛍光体の分布状態に偏りが生じてしまう。これにより、製造される発光装置ごとに、蛍光体の濃度が変化してしまい、色度がばらつくという問題点があった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造される発光装置ごとに、含有される蛍光体の量が異なり色度がばらつくことのない発光装置の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、発光素子を封止する固形封止材に蛍光体が含有された発光装置を製造するにあたり、前記固形封止材の硬化前の液状封止材に、前記蛍光体と、前記蛍光体を分散させる熱可塑性のフィラーと、を含有させる封止材調製工程と、前記蛍光体及び前記フィラーを含有する前記液状封止材により前記発光素子を封止する封止工程と、前記発光素子を封止した前記液状封止材を加熱し、前記フィラーを軟化させ、前記蛍光体を前記液状封止材中にて沈降させる蛍光体沈降工程と、前記蛍光体が沈降した前記液状封止材を硬化させて前記固形封止材とする封止材硬化工程と、を含み、前記液状封止材は、熱硬化性樹脂であり、前記封止材硬化工程にて、前記液状封止材の硬化温度まで前記液状封止材を加熱する発光装置の製造方法が提供される。

この発光装置の製造方法によれば、封止材調製工程にて、液状封止材中にフィラーを含有させたので、液状封止材中に蛍光体がほぼ均一に分散される。そして、封止材調製工程にて、発光素子を封止した液状封止材中においても、蛍光体がほぼ均一に分散された状態が維持される。この後、蛍光体沈降工程にて、液状封止材が加熱されると、熱可塑性のフィラーが軟化して蛍光体を分散させることができなくなり、液状封止材中にて蛍光体が沈降する。そして、封止材硬化工程にて、液状封止材中にて蛍光体が沈降した状態で、液状封止材が硬化される。
これにより、発光素子の封止前に蛍光体を液状封止材中で的確に分散させることができ、発光素子の封止前に蛍光体が液状封止材中にて偏在することを抑制することができる。そして、製造される発光装置について、含有される蛍光体の量をほぼ一定とすることができる。

また、この発光装置の製造方法によれば、液状封止材を加熱して蛍光体を沈降させた後、液状封止材をさらに加熱すればよく、液状封止材の加熱のための設備のみで蛍光体の沈降及び液状封止材の硬化を行うことができる。

上記発光装置の製造方法において、前記発光装置は、前記発光素子が収容される凹部が形成されたケースを有し、前記封止工程にて、前記凹部に前記液状封止材が充填される構成としてもよい。

この発光装置の製造方法によれば、封止工程にてケースの凹部に液状封止材が充填され、蛍光体沈降工程にて凹部の底に蛍光体が沈降する。

上記発光装置の製造方法において、前記封止工程にて、前記液状封止材を容器の内部に収容しておき、当該容器の下部に設けられたノズルを通じ前記液状封止材を前記凹部に充填する構成としてもよい。

この発光装置の製造方法によれば、液状封止材が収容される容器の内部にて蛍光体が偏ることはなく、ノズルから供給される液状封止材中の蛍光体はほぼ均一となる。

本発明によれば、製造される発光装置について含有される蛍光体の量をほぼ一定とすることができるので、製造される発光装置ごとに、含有される蛍光体の量が異なり色度がばらつくということはない。

図１は、本発明の一実施形態を示す発光装置の模式図である。図２は、発光装置の製造方法の工程説明図である。図３は、封止前の発光装置の模式図である。図４は、封止材の充填後であって加熱前の発光装置の模式図である。

図１は本発明の一実施形態を示す発光装置の模式図である。
図１に示すように、この発光装置１は、発光素子としてのＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２が収容される凹部３を有するケース４と、ケース４の凹部３の底面に露出する第１リード５及び第２リード６と、凹部３内に充填される固形封止材７と、を備えている。また、発光装置１は、ＬＥＤ素子２の一方の電極と第１リード５とを接続する第１ワイヤ８と、ＬＥＤ素子２の他方の電極と第２リード６とを接続する第２ワイヤ９と、を備えている。固形封止材７には、ＬＥＤ素子２から発せられた光により励起される蛍光体１０と、熱可塑性のフィラー１１と、が含まれている。

ＬＥＤ素子２は、上面に電極が形成されるフェイスアップ型である。本実施形態においては、ＬＥＤ素子２として、サファイアからなる基板上に形成され例えばＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の式で表されるＧａＮ系半導体を有し、青色光を発するものが用いられる。尚、ＬＥＤ素子２の基板の材質は任意であり、サファイアに代えてＧａＮ等を用いてもよい。また、ＬＥＤ素子２の半導体としてＺｎＳｅ系やＳｉＣ系を用いてもよい。さらに、ＬＥＤ素子２として、フリップチップ型のものを用いることもできる。ＬＥＤ素子２は、エポキシ系のダイボンドペースト（図示せず）により第１リード５に固定されている。

ケース４は、全体として略直方体状を呈し、各リード５，６が凹部３の底面の一部をなしている。各リード５，６は、ケース４の外側まで延び、図示しない外部接続端子と電気的に接続可能となっている。凹部３の底面は平坦に形成され、凹部３の内周面は上方へ向かって拡がるよう形成されている。凹部３の内部は、ＬＥＤ素子２及び各ワイヤ８，９を封止する透光性の固形封止材７で満たされている。本実施形態においては、各ワイヤ８，９は金により構成されている。

ケース４は、セラミック、樹脂等の絶縁材料からなる。ケース４を樹脂とする場合、例えば、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ナイロン等を用いることができ、各リード５，６とケース４はトランスファモールド、インジェクション等の成形法により成形することができる。各ケース４は、略直方体形状に限定されず、所望の形状に成形可能なことはいうまでもない。

第１リード５と第２リード６は、導電性の金属からなり、例えば銀メッキが施されている。第１リード５及び第２リード６は、所定の厚さ寸法及び幅寸法で形成されており、一端がケース４の凹部３内に位置し、他端がケース４の外側に位置している。本実施形態においては、各リード５，６の一端が互いに離隔しており、第１リード５の一端側にＬＥＤ素子２が搭載されている。

固形封止材７は、透光性の熱硬化性樹脂からなる。本実施形態においては、固形封止材７は、シリコーン系の樹脂である。固形封止材７に含まれる蛍光体１０は、青色光により励起されると黄色光を発する。黄色光を発する蛍光体１０としては、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)系、ＢＯＳ(barium ortho-silicate)系等の蛍光体が挙げられる。また、蛍光体１０は、粒子状であり、固形封止材７中の下部に沈降している。蛍光体１０の粒径は任意であるが、例えば、平均粒径は５μｍ〜２０μｍ程度である。

また、フィラー１１は、固形封止材７中に分散されている。フィラー１１は、透光性の熱可塑性樹脂からなる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、アクリル、ポリブテン、ポリプロピレン等が挙げられる。フィラー１１の粒径は、蛍光体１０を分散させる機能を有する限り任意であり、例えば１０ｎｍ〜１０μｍとすることができる。

フィラー１１は、屈折率が固形封止材７と同程度であれば固形封止材７との界面で光が屈折、反射をすることはなく、固形封止材７内の光に対して光学的に影響を及ぼすことはない。ここで、屈折率が同程度とは、屈折率の差が０．１以内であることをいう。

また、フィラー１１は、屈折率が固形封止材７と異なる場合であっても、粒径をＬＥＤ素子２のピーク波長よりも小さくすることにより、光学的な影響を小さくすることができる。フィラー１１は、粒径が１００ｎｍ以下であれば、固形封止材７内の光に対して光学的に影響を及ぼすことはない。また、フィラー１１は、屈折率が固形封止材７と異なり、粒径が比較的大きい場合に、固形封止材７内の光を散乱させる。

以上のように構成された発光装置１の製造方法について、図２から図４を参照して説明する。図２は発光装置の製造方法の工程説明図、図３は封止前の発光装置の模式図である。

図２に示すように、ケース４を第１リード５及び第２リード６と一体的に成形する（ケース成形工程）。この後、第１リード５にＬＥＤ素子２を搭載し、ＬＥＤ素子２と各リード５，６を各ワイヤ８，９により電気的に接続する（素子実装工程）。これにより、図３に示すように、固形封止材７により封止される前の発光装置１が作製される。

一方、固形封止材７の硬化前の液状封止材１０７に、蛍光体１０及びフィラー１１を含有させて、液状封止材１０７を調製する（封止材調製工程）。調製された液状封止材１０７は、封止材供給装置１００からケース４の凹部３に供給される。封止材供給装置１００は液状封止材１０７を収容する容器１０２を有し、容器１０２の下部には液状封止材１０７を吐出するノズル１０１が設けられている。容器１０２の内部では、フィラー１１が固形状となっていることから、フィラー１１は蛍光体１０の分散剤として機能しており、容器１０２内の蛍光体１０は液状封止材１０７中にてほぼ均一に分散されている。

図４は封止材の充填後であって加熱前の発光装置の模式図である。
図４に示すように、ノズル１０１から凹部３に液状封止材１０７が充填され、ＬＥＤ素子２等は蛍光体１０及びフィラー１１が分散された液状封止材１０７により封止される（封止工程）。ＬＥＤ素子２を封止した液状封止材１０７中においても、蛍光体１０及びフィラー１１がほぼ均一に分散された状態が維持される。この後、液状封止材１０７を加熱し、フィラー１１が軟化する温度に達すると、フィラー１１は液状となって蛍光体１０を分散させることができなくなる。フィラー１１が結晶質である場合は、フィラー１１の融点が液状封止材１０７の硬化温度より低いものを選択すればよい。例えば、液状封止材１０７がシリコーン樹脂であり、その硬化温度が１５０℃である場合、フィラー１１として融点が６０℃から１５０℃の範囲内のものを選択すればよい。尚、非晶質の材料であっても、液状封止材１０７の硬化温度より低い温度に軟化点を有し、粘度が十分に低下するものであればフィラー１１として利用することができる。

これにより、液状封止材１０７中で蛍光体１０が自重により沈降し、図１に示すように、蛍光体１０が凹部３の底に積層する（蛍光体沈降工程）。この後、液状封止材１０７をさらに加熱し、液状封止材１０７の硬化温度まで加熱する。そして、液状封止材１０７の硬化温度に達すると、蛍光体１０が沈降した状態で液状封止材１０７が硬化して固形封止材７となる（封止材硬化工程）。

本実施形態の発光装置１の製造方法によれば、ＬＥＤ素子２の封止前に蛍光体１０を液状封止材１０７中で的確に分散させることができ、ＬＥＤ素子２の封止前に蛍光体１０が液状封止材１０７中にて偏在することを抑制することができる。すなわち、液状封止材１０７が収容される容器１０２の内部にて蛍光体１０が偏ることはなく、ノズル１０１から供給される液状封止材１０７中の蛍光体１０はほぼ均一となる。そして、製造される発光装置１について、含有される蛍光体の量をほぼ一定とすることができる。従って、製造される発光装置１ごとに、含有される蛍光体１０の量が異なり色度がばらつくということはない。

また、本実施形態の発光装置１の製造方法によれば、液状封止材１０７を加熱して蛍光体１０を沈降させた後、液状封止材１０７をさらに加熱すればよく、液状封止材１０７の加熱のための設備のみで蛍光体１０の沈降及び液状封止材１０７の硬化を行うことができる。

尚、前記実施形態においては、固形封止材７として熱硬化性樹脂を用い液状封止材１０７を加熱することにより、液状封止材１０７を硬化させるものを示したが、液状封止材１０７の硬化方法は任意である。例えば、固形封止材７として紫外線硬化型の樹脂を用い、蛍光体１０が液状封止材１０７中にて沈降した後、液状封止材１０７に紫外線を照射して固形封止材７とすることも可能である。

また、前記実施形態においては、ＬＥＤ素子２として青色光を発するものを示したが、例えば紫色光、緑色光、赤色光等を発するものを用いてもよい。また、蛍光体１０として黄色光を発するものを示したが、ＬＥＤ素子２から発せられる光の波長変換を行うものであれば、蛍光体１０の発光色は任意である。例えば、ＬＥＤ素子２を紫色とすれば、青色、緑色、赤色等の蛍光体１０を用いることができるし、ＬＥＤ素子２を赤色とすれば、赤外の蛍光体１０を用いることができる。また、前記実施形態においては、１種類の蛍光体１０を固形封止材７に含有させたものを示したが、複数種類の蛍光体１０を含有させても前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、前記実施形態においては、発光装置１として凹部３が形成されたケース４を備えたものを示したが、例えば、治具を用いて液状封止材１０７が充填される形成しておき封止材の硬化後に治具を外して製造される発光装置１であったり、凹部３を用いることなくポッティングによりＬＥＤ素子２を封止する発光装置１に適用することも可能である。また、ケース４の形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である

１発光装置
２ＬＥＤ素子
３凹部
４ケース
５第１リード
６第２リード
７固形封止材
８第１ワイヤ
９第２ワイヤ
１０蛍光体
１１フィラー
１００封止材供給装置
１０１ノズル
１０２容器
１０７液状封止材

Claims

発光素子を封止する固形封止材に蛍光体が含有された発光装置を製造するにあたり、
前記固形封止材の硬化前の液状封止材に、前記蛍光体と、前記蛍光体を分散させる熱可塑性のフィラーと、を含有させる封止材調製工程と、
前記蛍光体及び前記フィラーを含有する前記液状封止材により前記発光素子を封止する封止工程と、
前記発光素子を封止した前記液状封止材を加熱し、前記フィラーを軟化させ、前記蛍光体を前記液状封止材中にて沈降させる蛍光体沈降工程と、
前記蛍光体が沈降した前記液状封止材を硬化させて前記固形封止材とする封止材硬化工程と、を含み、
前記液状封止材は、熱硬化性樹脂であり、
前記封止材硬化工程にて、前記液状封止材の硬化温度まで前記液状封止材を加熱する発光装置の製造方法。
前記発光装置は、前記発光素子が収容される凹部が形成されたケースを有し、
前記封止工程にて、前記凹部に前記液状封止材が充填される請求項１に記載の発光装置の製造方法。
前記封止工程にて、前記液状封止材を容器の内部に収容しておき、当該容器の下部に設けられたノズルを通じ前記液状封止材を前記凹部に充填する請求項２に記載の発光装置の製造方法。